对iOS锁的一些研究

#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
#import <libkern/OSAtomic.h>
#import <pthread.h>

#define ITERATIONS (1024*1024*32)
- (void)testLock
{
    double then, now;
    unsigned int i, count;
    pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    OSSpinLock spinlock = OS_SPINLOCK_INIT;

    @autoreleasepool {
        NSLock *lock = [NSLock new];
        then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        for(i=0;i<ITERATIONS;++i)
        {
            [lock lock];
            [lock unlock];
        }
        now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        printf("NSLock: %f sec\n", now-then);

        then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        for(i=0;i<ITERATIONS;++i)
        {
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        }
        now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        printf("pthread_mutex: %f sec\n", now-then);

        then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        for(i=0;i<ITERATIONS;++i)
        {
            OSSpinLockLock(&spinlock);
            OSSpinLockUnlock(&spinlock);
        }
        now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        printf("OSSpinlock: %f sec\n", now-then);

        id obj = [NSObject new];

        then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        for(i=0;i<ITERATIONS;++i)
        {
            @synchronized(obj)
            {
            }
        }
        now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        printf("@synchronized: %f sec\n", now-then);
    }

}

最近因为程序中频繁使用到了锁，不知道各种锁对性能的影响，今天稍作测试。顺便研究下里面的机制。

测试代码

测试原理：在一个线程中，对空代码段执行指定次数的加解锁。算出时间差。

测试代码请访问 Gist

测试结果

• NSLock: 2.694002 sec
• pthread_mutex: 1.761547 sec
• OSSpinlock: 0.362136 sec
• @synchronized: 6.849070 sec

可以看出来，用synchronized效率是最低的，而OSSpinlock效率高到无法直视。

详解synchronized OSSpinlock

@synchronized

创建给@synchronized指令的对象是一个用来区别保护块的唯一标示符。如果你在两个不同的线程里面执行上述方法，每次在一个线程传递了一个不同的对象给anObj参数，那么每次都将会拥有它的锁，并持续处理，中间不被其他线程阻塞。然而，如果你传递的是同一个对象，那么多个线程中的一个线程会首先获得该锁，而其他线程将会被阻塞直到第一个线程完成它的临界区。

作为一种预防措施，@synchronized块隐式的添加一个异常处理例程来保护代码。该处理例程会在异常抛出的时候自动的释放互斥锁。这意味着为了使用@synchronized指令，你必须在你的代码中启用异常处理。了如果你不想让隐式的异常处理例程带来额外的开销，你应该考虑使用锁的类。

OSSpinlock 官方描述

Spin locks are a simple, fast, thread-safe synchronization primitive that is suitable in situations

where contention is expected to be low. The spinlock operations use memory barriers to synchronize

access to shared memory protected by the lock. Preemption is possible while the lock is held.

结论

如果只是粗略的使用锁，不考虑性能问题可以使用synchronized。

如果对效率有较高的要求，还是采用OSSpinlock比较好。

因为Pthread的锁在也是用 OSSpinlock 实现的。OSSpinlock 的实现过程中，并没有进入系统kernel，使用OSSpinlock可以节省系统调用和上下文切换。

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resources

@synchronized, NSLock, pthread, OSSpinLock showdown, done right

第四章 线程同步

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西安 iOS 开发

测试代码