iOS 中 @synchronized 的双面性：性能杀手还是必要之恶？

2023-10-17 23:20:53

序言

在 iOS 开发的世界中，@synchronized 一直是一个引起争议的话题。作为一种用于保护共享资源免受多线程并发访问的锁机制，它既有优点，也有缺点。本文将深入探讨 @synchronized 的特性和限制，揭示其性能劣势的根源，并阐述苹果为提升其效率而实施的优化措施。

了解 @synchronized

@synchronized 是一种编译器指令，它将被编译成一个称为objc_sync_enter和objc_sync_exit的Objective-C运行时函数。当线程进入 @synchronized 块时，它会获取一个互斥锁，防止其他线程同时访问受保护的代码块。当线程退出 @synchronized 块时，它会释放互斥锁，允许其他线程进入。

优点

简单易用： @synchronized 语法简单，易于理解和使用。
线程安全： 它提供了一种可靠的方式来保护共享资源免受并发访问。
防止死锁： @synchronized 确保同一时刻只有一个线程可以访问受保护的代码块，从而防止死锁的发生。

缺点

然而，@synchronized 也有其缺点：

性能低效： @synchronized 涉及内核调用，这可能导致显著的性能开销。
粒度粗糙： 它锁定整个代码块，即使只有一小部分代码需要同步。
易于滥用： 开发者可能会过度使用 @synchronized，导致不必要的性能损失。

性能劣势的原因

@synchronized 的性能劣势主要源于以下几个原因：

内核调用： 获取和释放互斥锁需要进行系统调用，这比用户空间锁更加耗时。
粒度粗糙： 锁定整个代码块可能会阻止其他线程访问不需要同步的部分。
争用： 当多个线程同时争夺同一个互斥锁时，就会发生争用，导致性能下降。

苹果的优化措施

为了减轻 @synchronized 的性能影响，苹果实施了以下优化措施：

自旋锁： 对于短时间锁定的情况，@synchronized 会使用自旋锁，避免内核调用。
递归锁： @synchronized 允许同一线程多次进入相同的代码块，而无需每次都获取新的锁。
优化的锁实现： 苹果对互斥锁的实现进行了优化，以提高其效率。

何时使用 @synchronized

尽管有其性能缺陷，@synchronized 在某些情况下仍然是有用的：

保护临界区： 当需要保护共享数据免受并发访问时，@synchronized 是一个合适的选择。
防止死锁： 当多个线程访问共享资源时，@synchronized 可以防止死锁的发生。
简化代码： 对于简单的多线程场景，@synchronized 可以提供一种简单有效的方式来确保线程安全。

替代方案

对于需要更高性能或更精细控制锁定的情况，可以使用以下替代方案：

NSLock： NSLock 是一个基于用户空间的锁，可以提供更好的性能，但需要手动管理。
NSRecursiveLock： NSRecursiveLock 是一个递归锁，允许同一线程多次获取相同的锁。
dispatch_semaphore： dispatch_semaphore 是一种轻量级的信号量，可以用于同步多线程访问。

结论

@synchronized 是 iOS 中一种强大的锁机制，但它也有其性能限制。了解其优缺点以及苹果为提升其效率所做的优化措施，对于在实际项目中有效使用 @synchronized 至关重要。对于需要更高性能或更精细控制锁定的情况，可以使用替代方案来满足特定的需求。通过仔细权衡性能和易用性，开发者可以优化其 iOS 应用程序的并发性能。