同步（Synchronization）

应用中多线程的存在打开了一个潜在的关于执行多线程安全访问资源问题。两个线程修改相同的资源可能会以意想不到的方式相互妨碍。例如，一个线程可能覆盖另一个线程的更改或让应用进入一个未知潜在无效状态。如果你幸运，毁坏的资源也能导致明显的性能问题或相对容易追踪和修复的崩溃。如果你不幸，然而，毁坏的资源可能导致微妙的错误，一直不显现直到很久以后，或者错误可能需要对底层编码设计进行彻底检查。

当涉及到线程安全时，好的设计是最好的保护。避免资源共享和减少线程间的交互使它们不太相互干扰。一个完全抗干扰的设计并不存在，然而。线程必须交互的情况下，你需要使用同步工具以确保当它们相互作用是他们这样做是安全的。

OSX和iOS提供大量的同步工具，延伸到提供互斥访问应用中序列事件的工具。以下章节描述这些工具以及如何在你的代码中使用它们来安全访问程序中的资源。

同步工具

为了防止不同线程意外的更改数据，你可以设计你的应用没有同步问题或者你可以使用同步工具。尽管避免同步问题是完全可取的，这并不总是可能。以下章节描述供你使用的同步工具的基本类别。

原子操作

原子操作是同步的一种简单形式，用于简单数据类型。原子操作的优点是他们不阻塞竞争线程。对于简单的操作，例如增加计时器变量，比锁这会有更好的性能。

OSX和iOS包含许多操作来执行32位和64位值的基本数学和逻辑操作。这些操作是比较-交换、测试-设置、测试-清除操作的原子版本。关于支持的原子操作的列表，见 /usr/include/libkern/OSAtomic.h 头文件或原子（atomic）手册页。

内存屏障和不稳定变量

为了实现最优性能，编译器常常重新排序汇编级别指令来尽可能保持处理器指令管道完整。作为这种优化的一部分，编译器可能重新排序指令，当它认为这样做不会产生不正确的数据，这些指令会访问主要内存。不幸的是，检测所有依赖内存的操作对编译器来说不可能。如果看似独立的变量相互影响，编译器优化可能以错误的顺序更新这些变量，产生不正确的结果。

内存屏障是一种非阻塞同步工具用来确保内存操作以正确的顺序发生。内存屏障就像一个栅栏，迫使处理器完成任何在栅栏前面的加载和存储操作，然后才允许执行栅栏后面的加载和存储操作。内存屏障通常用于确保线程（但看上去是另一个线程）的内存操作以预期的顺序发生。在这种情况下没有内存屏障可能让其他线程看到貌似不可能的结果。（例如，见维基百科的内存屏障（memorybarriers）条目。）为了使用内存屏障，你只需在你代码适当的位置调用OSMemoryBarrier函数。

不稳定变量应用另一种类型的内存来约束独立变量。编译器通常通过加载变量值到寄存器来优化代码。对于局部变量，这通常不是一个问题。然而如果该变量对另一个线程是可见的，这样的优化可能会阻止其他线程注意该值的变化。变量使用volatile 关键字，每次使用该变量时，将强制编译器从内存中加载该变量。如果变量的值可能在任何时候被外部来源改变，且编译器无法检测到，你可以声明一个变量为volatile 。

因为内存屏障和不稳定变量减少编译器可执行的优化，应该谨慎使用它们并只在需要的地方使用以确保正确性。关于使用内存屏障的更多信息，参见OSMemoryBarrier 手册页。

锁

锁是最常用的同步工具之一。你可以使用锁来保护你代码的关键部分，这段代码只允许一个线程访问。例如，一个关键部分可能操作特定数据结构或使用一些最多一次支持一个客户端的资源。通过这章的锁，你可以排除其他线程进行影响代码正确性的更改。

表4-1 列出了程序员常用的一些锁。OS X和iOS提供大部分类型锁的实现，但不是全部。对于不支持锁类型，说明列解释了这些锁在平台上不直接实现的原因。