iOS底层探索之多线程(十五)—@synchronized源码分析

Posted 2021-09-10 卡卡西Sensei

对于多线程你了解多少？对于锁你又了解多少？锁的原理你又知道吗？

iOS底层探索之多线程(一)—进程和线程

iOS底层探索之多线程(二)—线程和锁

iOS底层探索之多线程(三)—初识GCD

iOS底层探索之多线程(四)—GCD的队列

iOS底层探索之多线程(五)—GCD不同队列源码分析

iOS底层探索之多线程(六)—GCD源码分析(sync 同步函数、async 异步函数)

iOS底层探索之多线程(七)—GCD源码分析(死锁的原因)

iOS底层探索之多线程(八)—GCD源码分析(函数的同步性、异步性、单例)

iOS底层探索之多线程(九)—GCD源码分析(栅栏函数)

ios底层探索之多线程(十)—GCD源码分析( 信号量)

iOS底层探索之多线程(十一)—GCD源码分析(调度组)

iOS底层探索之多线程(十二)—GCD源码分析(事件源)

iOS底层探索之多线程(十三)—锁的种类你知多少?

iOS底层探索之多线程(十四)—关于@synchronized锁你了解多少?

1. 回顾

在上一篇博客中，已经分析了第一次加锁，data是空的，最后会创建SyncData并绑定到当前线程上（一个线程只会绑定一个，并且绑定后不再改变），注意此时并没有保存到线程对应的缓存列表中。

2. 源码分析

单线程情况

那么现在去看看第二次加锁，也就是断点在44行时，进行跟踪调试。

那么继续单步调式进入源码里面，断点在id2data方法里面再进行lldb的调式进行分析。

从图中控制台 lldb的调试结果来看，第二次进行加锁时，data里面是有数据的了。那么继续过断点看看，缓存里面的情况：

此时缓存里面也有数据了，和上面打印的结果是一模一样，都是data = 0x0000000100837d40。然后会继续判断，传入对象是否是和缓存里面的一样。

 if (data->object == object) {
            // Found a match in fast cache.
            uintptr_t lockCount;

            result = data;
            lockCount = (uintptr_t)tls_get_direct(SYNC_COUNT_DIRECT_KEY);
            if (result->threadCount <= 0  ||  lockCount <= 0) {
                _objc_fatal("id2data fastcache is buggy");
            }

如果是同一个对象，就会获取lockCount，lockCount和threadCount是否小于等于 0进行判断，如果小于 0则会报错"id2data fastcache is buggy"

• 如果是ACQUIRE则会lockCount++，再进行锁一次，说明当前对象锁了两次，如下：
  

• 如何是RELEASE则会lockCount--，如果lockCount == 0，则会从线程空间缓存移除，这里也可以体现多线程的特性，从这句OSAtomicDecrement32Barrier(&result->threadCount)代码可以看出，这是对线程进行释放。
  

断点继续，看看第三次加锁的情况，如下：

因为是对同一个对象，进行了重复的操作，加锁了3次，lockCount也是等于 3的，这也提现了拉链法，如下：

因为是同一个对象，每次加锁，都会创建一个SyncData，就一直往后拉着，通过一个链表来存。

以上都是对一个对象进行重复的递归加锁，那如果是不同对象呢？

不同对象也是类似的，就和上面那个结构图一样，每个对象会创建一个拉链，同一个对象的就存在一个链表里面，这里就不再进行举例了，感兴趣的老铁可以自行测试，源码戳这里

多线程递归情况

那么现在通过多线程加锁会怎么样呢？测试代码如下：

断点从 52 行开始，进入到源码里面跟踪调式，这时候进入id2data方法，此时哈希表中的数据个数为2，也就是外层线程添加的两个SyncData,如下图：

继续跟踪代码，从线程中获取其绑定的SyncData，此时为NULL，因为是新的线程，还没有加过锁，所以绑定数据为空，fastCacheOccupied=NO

然后会继续往下走，接着从缓存列表fetch_cache中获取对应的·SyncData·，也是·NULL·，这里的缓存列表也是和线程一一对应的起来的，都是空。

继续跟踪流程，接着会进行线程threadCount++操作，如下图：

这里会从listp中获取对应的数据，在外层线程中，已经添加了jp和jp2对应的SyncData，这里是可以获取到的，并且会对多线程操作，使得threadCount加1操作，此时对应的线程数会从 1变成2，从上图调试打印的结果可以很明显的看到。

只要遇到新开线程，开始加锁，tls和cache一定是空，肯定是listp中查找，或者是创建。一个线程中第一个添加的object一定会绑定到tls中，并且在当前线程中不会改变。如果tls已经完成设置，之后添加的SyncData都会添加到缓存列表中。

objc_sync_exit流程和这个相反，同样会调用id2data方法，获取SyncData，对lockCount和threadCount进行减操作。如果count等于0，则会从相应的绑定关系和缓存列表中移除。

使用@synchronized的注意事项

• 参数不传 nil
• 参数最好传 self，方便存储和释放，如果是传入一个这种JPStudent *jp = [[JPStudent alloc]init]的，这个 jp 是一个临时的变量，如果有个多个这种，就会有多个拉链，耗费内存和性能，只使用一个 self就只有一个拉链，虽然真机环境下，只有 8个，但是已经够用了，即便不够用，系统也会及时释放回收的。
  
• 在之前的博客中进行的@synchronized测试，为什么模拟器下性能比真机差呢？就是上图中 64的原因，模拟器拉链比较多，耗费内存和性能。

3. 总结

1: synchronized哈希表 - 拉链法 存储SyncData
2: sDataLists里面是一个 array存储的是 SyncList，SyncList里面是绑定的object
3: objc_sync_enter / exit对称 递归锁
4: 两种存储 : TLS/ Cache
5: 第⼀次的时候 SyncData 才用头插法 -链表 ，标记 thracount = 1
6: 然后下次再进来会判断是不是同⼀个对象
7: 是同一个对象TLS --> lockCount ++
8: 不是同一个的话TLS 找不到 就会去创建一个SyncData则threadCount ++
9: objc_sync_exit的话就是lockCount--和 threadCount--

@synchronized : 可重⼊递归 、多线程
1: 多线程是通过TLS保障threadCount 有多少条线程对这个锁对象加锁
2: 可重入递归是通过lockCount ++ 来表示进来锁了多少次

• 补充TLS
  线程局部存储（Thread Local Storage,TLS）: 是操作系统为线程单独提供的私有空间，通常只有有限的容量。Linux系统下通常通过pthread库中的
  pthread_key_create()、
  pthread_getspecific()、
  pthread_setspecific()、
  pthread_key_delete()等方法。

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