GCD的使用（1）使用GCD保护property

　　作为一个iOS开发者，必须要熟练使用GCD，本文是站在实际应用的角度总结GCD的用法之一: 使用barrier保护property。在多线程环境下，如果有多个线程要执行同一份代码，那么有时会出现问题，为了保证某些资源操作的可控性，需要一些手段来对这些“公共资源”进行保护，无论是什么语言，只要支持多线程，都会面对这个问题，即所谓的“资源同步问题”，对于基于Objective-C的iOS开发而言，也许“同步问题”出现最多的资源是property。

atomic修饰词保护property

对property原子性最简单的保护措施是为其添加atomic修饰词，被atomic修饰的property，其setter方法默认为：

譬如：

@property (atomic, strong) NSString *name;

加了atomic，setter函数会变成下面这样：

- (void)setName:(NSString *)newName {
    {lock}
    if (_name != newName) {
        _name = newName;
    }
    {unlock}
}

P.S：这段代码是参考网友的说法，并不权威。
总之，借用网友的描述：

如果使用atomic，如其名，它会保证每次getter和setter的操作都会正确的执行完毕，而不用担心其它线程在你get的时候set，可以说保证了某种程度上的线程安全。但是，我上网查了资料，仅仅靠atomic来保证线程安全是很天真的。

此外，根据《Effective Objective-C 2.0》模糊的描述，似乎LLVM为atomic修饰的property生成的setter和getter似乎如下：

@property (atomic, strong) NSString *someString;

@synthesize someString = _someString;

// getter
- (NSString *)someString {
    @synchronized(self) {
        return _someString;
    }
}

// setter
- (void)setSomeString:(NSString *)someString {
    @synchronized(self) {
        _someString = someString;
    }
}

如果果真是这样，那么使用atomic维持property的getter和setter的线程安全是有问题的，有什么问题呢？如果self中有很多个使用atomic修饰的property，譬如self同时有两个被atomic修饰的property：property1和property2，那么意味着如果线程A正在访问property1的时候线程B想访问property2，则会被阻塞，直到线程A结束对property1的访问。简而言之，self的所有被atomic修饰的资源都共用一把“锁”，这显然比较呆笨。
可见，滥用@synchronized(self)会降低代码效率，因为共用同一把锁的那些同步块，都必须按顺序执行。所以网友说“仅仅靠atomic来保证线程安全是很天真的”。

NSLock保护property

使用NSLock也是可以保护property的，但似乎只能用户保护property的setter方法，并且，我总觉得@synchronized(self)的本质和使用NSLock是差不多的。

如下：

@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) NSLock *lockForName;

- (void)setName:(NSString *)name {
    [self.lockForName lock];
    _name = name;
    [self.lockForName unlock];
}

总之一句话，使用NSLock实现property的线程安全，不靠谱！

serial dispatch queue保护property

将对property的读写方法都安排在同一个队列中，即可保证数据同步，如下：

@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t serialQueue;

@synthesize name = _name;

// create a serial dispatch queue
_serialQueue = dispatch_queue_create("com.zhangbuhuai.test", nil);

// getter
- (NSString *)name {
    __block NSString *localName;
    dispatch_sync(_serialQueue, ^{
        localName = _name;
    });
    return localName;
}

// setter
- (void)setName:(NSString *)name {
    dispatch_sync(_serialQueue, ^{
        _name = name;
    });
}

此模式的思路是：把setter和getter都安排在序列化的队列里执行，这样的话，所有针对属性的访问就都同步了。为了使代码块能够设置局部变量，getter中用到了__block语句，若是抛开这一点，这种写法比之前的那些更为整洁。全部加锁任务都在GCD中处理，而GCD是在相当深的底层来实现的，于是能够做许多优化。因此，开发者无需担心那些事，只要专心把访问方法写好就行了。

然而，还可以进一步优化，毕竟setter方法不一定非得是同步的。设置实例变量所用的block，并不需要向setter返回什么值。也就是说，setter代码可以改成下面这样：

// setter
- (void)setName:(NSString *)name {
    dispatch_async(_serialQueue, ^{
        _name = name;
    });
}

这次只是把同步派发改成了异步派发，从调用者的角度来看，这个小改动可以提升设置方法的执行速度（毕竟直接返回而不用等待block执行完成），而读取操作与写入操作依然会按顺序执行。但是这么改有一个坏处：如果测试一下程序的性能，那么可能发现这种写法比原来慢，因为执行异步派发时，需要拷贝block。若拷贝block所用的时间明显超过执行块所用时间，则这种做法将比原来更慢。
P.S：所以，setter的block设置为asynchronous或者synchronous全看setter的block的复杂度。

barrier保护property

其实在更多的时候，调用getter可以并发执行，而getter和setter之前不能并发执行。利用这个特点，还能写一些更快一些的代码。此时正可以体现出GCD写法的好处。用同步块或锁对象，是无法轻易实现出如下这种方案的，这次不用serial dispatch queue，而改用并发队列：

@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t concurrentQueue;

@synthesize name = _name;

// create a concurrent dispatch queue
_concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.zhangbuhuai.test", );

// getter
- (NSString *)name {
    __block NSString *localName;
    dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
        localName = _name;
    });
    return localName;
}

// setter
- (void)setName:(NSString *)name {
    dispatch_async(_concurrentQueue, ^{
        _name = name;
    });
}

然而，如上这样的代码，还无法正确实现同步。所有读取操作与写入操作都会在同一个队列上执行，不过由于是并发队列，所以读取与写入操作可能随时执行。而我们恰恰不想让这些操作随意执行。此问题用一个简单的GCD功能即可解决，它就是栅栏（barrier）。下列函数可以向队列中派发块，将其作为栅栏使用：

void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

在队列中，栅栏块必须单独执行，不能与其他块并行。这只对并发队列有意义，因为串行队列中的块总是按顺序逐个来执行的。并发队列如果发现接下来的要处理的block是barrier block，那么就一直要等当前所有并发块都执行完毕，才会单独执行这个栅栏块。待栅栏块执行完成后，再按正常方式继续向下执行。

在本例中，可以用栅栏块来实现属性的setter方法。在设置方法中使用了栅栏块之后，对属性的读取操作依然可以并发执行，但是写入操作却必须单独执行了，如下图所示：

代码实现很简单：

@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t concurrentQueue;

@synthesize name = _name;

// create a concurrent dispatch queue
_concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.zhangbuhuai.test", );

// getter
- (NSString *)name {
    __block NSString *localName;
    dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
        localName = _name;
    });
    return localName;
}

// setter
- (void)setName:(NSString *)name {
    dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
        _name = name;
    });
}

测试一下性能，就会发现，这种做法肯定比使用串行队列要快。当然，将上述代码中的dispatch_barrier_async改为dispatch_barrier_sync也是没问题的，也可能会更高效，至于原因上文已经讲到了。在实际使用时，最好还是测一测每种做法的性能，然后从中选出最适合当前场景的方案。

参考：

1. 《Effective Objective-C 2.0》