mac开发系列31：线程同步锁@synchronized源码理解

今天遇到一枚crash，利用堆栈，初步判断原因是“多线程写DB”，问题代码大致如下：

        NSMutableArray *arr;
        @synchronized(arr) { 
        arr = [self func]; // func方法中有写DB操作  
        if(arr == nil) { 
            arr = [NSMutableArray array]; 
        }
    }

可是这里明明用了同步锁@synchronized，为什么还会有多个线程同时进入block呢？老套路，重写得到如下C++实现：

    static void _I_Demo_synchronizedTest(Demo * self, SEL _cmd) { 
    NSMutableArray *arr; 
    {
      id _sync_obj = (id)arr;
      objc_sync_enter(_sync_obj); // 同步锁进入，参数是arr 
        try { 
            struct _SYNC_EXIT {
                _SYNC_EXIT(id arg) : sync_exit(arg) {}  
                ~_SYNC_EXIT() {objc_sync_exit(sync_exit); // 同步锁退出，参数是arr 
  } 
            id sync_exit;
        }   _sync_exit(_sync_obj);// 调用结构体的构造函数，参数是arr 
          } catch (id e) { 
      } 
   }
}

进一步，查看objc_sync_enter和objc_sync_exit的源码实现，如下：

        int objc_sync_enter(id obj)
    { 
              int result = OBJC_SYNC_SUCCESS;
              if (obj) {
            // 根据obj获取对应的SyncData节点，id2data函数在下面有解析
            SyncData* data = id2data(obj, ACQUIRE);// 上锁 
            result = recursive_mutex_lock(&data->mutex); } 
        else 
          { // @synchronized(nil) does nothing 
    }
       return result;
    }

以下:

               int objc_sync_exit(id obj)
                {   int result = OBJC_SYNC_SUCCESS;
                    if (obj) { 
                        SyncData* data = id2data(obj, RELEASE); // 释放锁 
                        result = recursive_mutex_unlock(&data->mutex); 
                    } else {
               // @synchronized(nil) does nothing 
                  } 
                  return result;
            } 

从上面源码可以看出：
1、@synchronized用的是递归锁（即同个线程可重入，而不会导致死锁）；
2、@synchronized(nil)是不上锁的
接着看看如下关键的数据结构，显然，SyncList是个单链表，SyncData是单链表节点，而整体存储则是一个“拉链法哈希表”。

        typedef struct SyncData {
             struct SyncData* nextData; // 指向下一个SyncData节点的指针
             DisguisedPtr<objc_object> object; // @synchronized的参数obj
             int32_t threadCount; // number of THREADS using this block   
             recursive_mutex_t mutex; // 递归锁
          } SyncData;

        struct SyncList {
               SyncData *data; // 单链表头指针 
               spinlock_t lock; // 保证多线程安全访问该链表 
               SyncList() : data(nil) { }
        };

define LOCK_FOR_OBJ(obj) sDataLists[obj].lock

define LIST_FOR_OBJ(obj) sDataLists[obj].data

  static StripedMap<SyncList> sDataLists; // 哈希表，key：obj，value：单链表

      // 根据obj获取对应的SyncData节点static SyncData* id2data(id object, enum usage why)
      { 
          spinlock_t *lockp = &LOCK_FOR_OBJ(object); // SyncList锁
         SyncData **listp = &LIST_FOR_OBJ(object); // obj对应的SyncData节点所在的
        SyncList SyncData* result = NULL;// 这里省略一大坨cache代码 

        lockp->lock(); 
        {
            SyncData* p; 
            SyncData* firstUnused = NULL;
       // 遍历单链表 
            for (p = *listp; p != NULL; p = p->nextData) { 
                  if ( p->object == object ) {
              // 找到obj对应的SyncData节点 
                  result = p; 
                // SyncData节点对应的线程数加1  
                 OSAtomicIncrement32Barrier(&result->threadCount); 
                  goto done; 
        }
    // SyncData节点对应的递归锁没有线程在用了，回收重用，可以节省节点创建的时间和空间 
      if ( (firstUnused == NULL) && (p->threadCount == 0) ) 
                    firstUnused = p; 
            }
     // 链表中还没有obj对应的SyncData节点，但是有可重用的SyncData节点
    // an unused one was found, use it
             if ( firstUnused != NULL ) {
                  result = firstUnused;
                  result->object = (objc_object *)object;
                  result->threadCount = 1;
                  goto done;
            }
        }
// 链表中还没有obj对应的SyncData节点，而且没有可重用的SyncData节点
       result = (SyncData*)calloc(sizeof(SyncData), 1);
       result->object = (objc_object *)object;
       result->threadCount = 1;
       new (&result->mutex) recursive_mutex_t();
// 新建的SyncData节点往链表头部加 
       result->nextData = *listp;
       *listp = result;
 done:
       lockp->unlock();
       return result;}

}

    template<typename T>
    class StripedMap {
    #if TARGET_OS_EMBEDDED 
        enum { StripeCount = 8 };
      #else
        enum { StripeCount = 64 };#endif 
        static unsigned int indexForPointer(const void *p) {
        // 取obj地址的哈希值作为数组的index 
          uintptr_t addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(p);
          return ((addr >> 4) ^ (addr >> 9)) % StripeCount; 
}
     public: 
      T& operator[] (const void *p) { 
            return array[indexForPointer(p)].value; 
      }
  };

搞清楚了@synchronized的源码实现，再回头看看crash，问题主要有两个：
1、arr没有初始化时为nil，同步锁没生效，block并非临界区；
2、arr被修改了，即内存地址并非常量，线程1拿到arr对应的地址为addr1，进入block；线程2拿到
arr对应的地址为addr2，同样可以进入block，而不会等待线程1执行完block。

参考链接：
https://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-680/runtime/objc-sync.mm
https://github.com/opensource-apple/objc4/blob/master/runtime/objc-private.h