osspinlock 的問題
2015-12-14 那天， swift-dev
郵件列表裡 有人在討論 weak 屬性的執行緒安全問題，其中有幾位蘋果工程師透露了自旋鎖的問題，對話內容大致如下：
新版 ios 中，系統維護了 5 個不同的執行緒優先順序 /qos: background ， utility ， default ， user-initiated ， user-interactive 。高優先順序執行緒始終會在低優先順序執行緒前執行，乙個執行緒不會受到比它更低優先順序執行緒的干擾。這種執行緒排程演算法會產生潛在的優先順序反轉問題，從而破壞了 spin lock 。
具體來說，如果乙個低優先順序的執行緒獲得鎖並訪問共享資源，這時乙個高優先順序的執行緒也嘗試獲得這個鎖，它會處於 spin lock 的忙等狀態從而占用大量 cpu 。此時低優先順序執行緒無法與高優先順序執行緒爭奪 cpu 時間，從而導致任務遲遲完不成、無法釋放 lock 。這並不只是理論上的問題， libobjc 已經遇到了很多次這個問題了，於是蘋果的工程師停用了 osspinlock 。
蘋果工程師 greg parker 提到，對於這個問題，一種解決方案是用 truly unbounded backoff 演算法，這能避免 livelock 問題，但如果系統負載高時，它仍有可能將高優先順序的執行緒阻塞數十秒之久；另一種方案是使用 handoff lock 演算法，這也是 libobjc 目前正在使用的。鎖的持有者會把執行緒 id 儲存到鎖內部，鎖的等待者會臨時貢獻出它的優先順序來避免優先順序反轉的問題。理論上這種模式會在比較複雜的多鎖條件下產生問題，但實踐上目前還沒有遇到問題。
libobjc 裡用的是 mach 核心的 thread_switch() 然後傳遞了乙個 mach thread port 來避免優先順序反轉，另外它還用了乙個私有的引數選項，所以開發者無法自己實現這個鎖。另一方面，由於二進位制相容問題， osspinlock 也不能有改動。
最終的結論就是，除非開發者能保證訪問鎖的執行緒全部都處於同一優先順序，否則 ios 系統中所有型別的自旋鎖都不能再使用了。
為了找到乙個替代方案，我做了乙個簡單的效能測試，對比了一下幾種能夠替代 osspinlock 鎖的效能。測試是在 iphone6 、 ios9 上跑的，**在 這裡 。我嘗試了不同的迴圈次數，結果並不都一樣，我猜這可能是與 cpu cache 有關，所以這個結果只能當作乙個定性分析。
可以看到除了 osspinlock 外， dispatch_semaphore 和 pthread_mutex 效能是最高的。有 訊息 稱，蘋果在新系統中已經優化了 pthread_mutex 的效能，所以它看上去和 osspinlock 差距並沒有那麼大了。
蘋果google
google/ protobuf 內部的 spinlock 被全部 替換為 dispatch_semaphore ，詳情可以看這個提交： 。用 dispatch_semaphore 而不用 pthread_mutex 應該是出於效能考慮。
其他專案
因為 osspinlock 出現這種問題的機率很小，也沒有引起很大的重視，我所能找到的也只有 reactivecocoa 在討論這個問題。
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