如果你已经使用 Objective-C 编写过任何并发程序，那么想必是见过 @synchronized 这货了。@synchronized 结构所做的事情跟锁（lock）类似：它防止不同的线程同时执行同一段代码。但在某些情况下，相比于使用 NSLock 创建锁对象、加锁和解锁来说，@synchronized 用着更方便，可读性更高。
译者注：这与苹果官方文档对 @synchronized 的介绍有少许出入，但意思差不多。苹果官方文档更强调它“防止不同的线程同时获取相同的锁”，因为文档在集中介绍多线程编程各种锁的作用，所以更强调“相同的锁”而不是“同一段代码”。
如果你之前没用过 @synchronized，接下来有个使用它的例子。这篇文章实质上是谈谈有关我对 @synchronized 实现原理的一个简短研究。
用到 @synchronized 的例子
假设我们正在用 Objective-C 实现一个线程安全的队列，我们一开始可能会这么干：
<code class="hljs objectivec has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-class" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">@implementation</span> <span class="hljs-title" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">ThreadSafeQueue</span></span>
{
<span class="hljs-built_in" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;">NSMutableArray</span> *_elements;
NSLock *_lock;
}
- (instancetype)init
{
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">self</span> = [<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">super</span> init];
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">self</span>) {
_elements = [<span class="hljs-built_in" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;">NSMutableArray</span> array];
_lock = [[NSLock alloc] init];
}
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">return</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">self</span>;
}
- (<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">void</span>)push:(<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">id</span>)element
{
[_lock lock];
[_elements addObject:element];
[_lock unlock];
}
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">@end</span></code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">19</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">20</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">21</li></ul>
上面的 ThreadSafeQueue 类有个 init 方法，它初始化了一个 _elements 数组和一个 NSLock 实例。这个类还有个 push: 方法，它先获取锁、然后向数组中插入元素、最终释放锁。可能会有许多线程同时调用 push: 方法，但是 [_elements addObject:element] 这行代码在任何时候将只会在一个线程上运行。步骤如下：
线程 A 调用 push: 方法
线程 B 调用 push: 方法
线程 B 调用 [_lock lock] - 因为当前没有其他线程持有锁，线程 B 获得了锁
线程 A 调用 [_lock lock]，但是锁已经被线程 B 占了所以方法调用并没有返回-这会暂停线程 A 的执行
线程 B 向 _elements 添加元素后调用 [_lock unlock]。当这些发生时，线程 A 的 [_lock lock] 方法返回，并继续将自己的元素插入 _elements。
我们可以用 @synchronized 结构更简要地实现这些：
<code class="hljs objectivec has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-class" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">@implementation</span> <span class="hljs-title" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">ThreadSafeQueue</span></span>
{
<span class="hljs-built_in" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;">NSMutableArray</span> *_elements;
}
- (instancetype)init
{
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">self</span> = [<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">super</span> init];
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">self</span>) {
_elements = [<span class="hljs-built_in" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;">NSMutableArray</span> array];
}
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">return</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">self</span>;
}
- (<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">void</span>)increment
{
@synchronized (<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">self</span>) {
[_elements addObject:element];
}
}
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">@end</span></code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">19</li></ul>
在前面的例子中，”synchronized block” 与 [_lock lock] 和 [_lock unlock] 效果相同。你可以把它当成是锁住 self，仿佛 self 就是个 NSLock。锁在左括号 { 后面的任何代码运行之前被获取到，在右括号 } 后面的任何代码运行之前被释放掉。这爽就爽在妈妈再也不用担心我忘记调用 unlock 了！
你可以给任何 Objective-C 对象上加个 @synchronized。那么我们也可以在上面的例子中用 @synchronized(_elements) 来替代 @synchronized(self)，效果是相同的。
回到研究上来
我对 @synchronized 的实现十分好奇并搜了一些它的细节。我找到了一些答案，但这些解释都没有达到我想要的深度。锁是如何与你传入 @synchronized 的对象关联上的？@synchronized会保持（retain，增加引用计数）被锁住的对象么？假如你传入 @synchronized 的对象在 @synchronized 的 block 里面被释放或者被赋值为 nil 将会怎么样？这些全都是我想回答的问题。而我这次的收获，会要你好看。
@synchronized 的文档告诉我们 @synchronized block 在被保护的代码上暗中添加了一个异常处理。为的是同步某对象时如若抛出异常，锁会被释放掉。
SO 上的这篇帖子 说 @synchronized block 会变成 objc_sync_enter 和 objc_sync_exit 的成对儿调用。我们不知道这些函数是干啥的，但基于这些事实我们可以认为编译器将这样的代码：
<code class="hljs ruby has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-variable" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;">@synchronized</span>(obj) {
<span class="hljs-regexp" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">//</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">do</span> work
}</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li></ul>
转化成这样的东东
<code class="hljs scss has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-at_rule" style="box-sizing: border-box;">@try {</span>
<span class="hljs-function" style="box-sizing: border-box;">objc_sync_enter(obj)</span>;
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">// do work</span>
} <span class="hljs-at_rule" style="box-sizing: border-box;">@finally {</span>
<span class="hljs-function" style="box-sizing: border-box;">objc_sync_exit(obj)</span>;
}</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li></ul>
objc_sync_enter 和 objc_sync_exit 是什么鬼？它们是如何实现的？在 Xcode 中按住 Command 键单击它们，然后进到了，里面有我们感兴趣的这两个函数：
<code class="hljs java has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-javadoc" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">/**
* Begin synchronizing on 'obj'.
* Allocates recursive pthread_mutex associated with 'obj' if needed.
*
*<span class="hljs-javadoctag" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;"> @param</span> obj The object to begin synchronizing on.
*
*<span class="hljs-javadoctag" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;"> @return</span> OBJC_SYNC_SUCCESS once lock is acquired.
*/</span>
OBJC_EXPORT <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> objc_sync_enter(id obj)
__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_3, __IPHONE_2_0);
<span class="hljs-javadoc" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">/**
* End synchronizing on 'obj'.
*
*<span class="hljs-javadoctag" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;"> @param</span> obj The objet to end synchronizing on.
*
*<span class="hljs-javadoctag" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;"> @return</span> OBJC_SYNC_SUCCESS or OBJC_SYNC_NOT_OWNING_THREAD_ERROR
*/</span>
OBJC_EXPORT <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> objc_sync_exit(id obj)
__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_3, __IPHONE_2_0);</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">19</li></ul>
文件底部的一句话提醒着我们：苹果工程师也是人啊哈哈
<code class="hljs objectivec has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">// The wait/notify functions have never worked correctly and no longer exist.</span>
OBJC_EXPORT <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> objc_sync_wait(<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">id</span> obj, <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">long</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">long</span> milliSecondsMaxWait)
UNAVAILABLE_ATTRIBUTE;
OBJC_EXPORT <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> objc_sync_notify(<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">id</span> obj)
UNAVAILABLE_ATTRIBUTE;
OBJC_EXPORT <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> objc_sync_notifyAll(<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">id</span> obj)
UNAVAILABLE_ATTRIBUTE</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li></ul>
译者注: 此处原文摘抄的源码较旧，所以我替换上了最新的头文件源码。
不过，objc_sync_enter 的文档告诉我们一些新东西： @synchronized 结构在工作时为传入的对象分配了一个递归锁。分配工作何时发生，如何发生呢？它怎样处理 nil？幸运的是 Objective-C runtime 是开源的，所以我们可以马上阅读源码并找到答案！
注：递归锁在被同一线程重复获取时不会产生死锁。你可以在这找到一个它工作原理的精巧案例。有个叫做 NSRecursiveLock 的现成的类也是这样的，你可以试试。
你可以在这里找到 objc-sync 的全部源码，但我要带着你看源码，让你屌的飞起。我们先从文件顶部的数据结构开始看。在代码块的下方我将立刻做出解释，所以尝试理解代码时别花太长时间哦。
<code class="hljs cs has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;">typedef <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">struct</span> SyncData {
id <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">object</span>;
recursive_mutex_t mutex;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">struct</span> SyncData* nextData;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> threadCount;
} SyncData;
typedef <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">struct</span> SyncList {
SyncData *data;
spinlock_t <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">lock</span>;
} SyncList;
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">// Use multiple parallel lists to decrease contention among unrelated objects.</span>
<span class="hljs-preprocessor" style="color: rgb(68, 68, 68); box-sizing: border-box;">#<span class="hljs-keyword" style="box-sizing: border-box;">define</span> COUNT 16</span>
<span class="hljs-preprocessor" style="color: rgb(68, 68, 68); box-sizing: border-box;">#<span class="hljs-keyword" style="box-sizing: border-box;">define</span> HASH(obj) ((((uintptr_t)(obj)) >> 5) & (COUNT - 1))</span>
<span class="hljs-preprocessor" style="color: rgb(68, 68, 68); box-sizing: border-box;">#<span class="hljs-keyword" style="box-sizing: border-box;">define</span> LOCK_FOR_OBJ(obj) sDataLists[HASH(obj)].lock</span>
<span class="hljs-preprocessor" style="color: rgb(68, 68, 68); box-sizing: border-box;">#<span class="hljs-keyword" style="box-sizing: border-box;">define</span> LIST_FOR_OBJ(obj) sDataLists[HASH(obj)].data</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">static</span> SyncList sDataLists[COUNT];</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li></ul>
一开始，我们有一个 struct SyncData 的定义。这个结构体包含一个 object（嗯就是我们给 @synchronized 传入的那个对象）和一个有关联的 recursive_mutex_t，它就是那个跟 object 关联在一起的锁。每个 SyncData 也包含一个指向另一个 SyncData 对象的指针，叫做 nextData，所以你可以把每个 SyncData 结构体看做是链表中的一个元素。最后，每个 SyncData 包含一个 threadCount，这个 SyncData 对象中的锁会被一些线程使用或等待，threadCount 就是此时这些线程的数量。它很有用处，因为 SyncData 结构体会被缓存，threadCount==0 就暗示了这个 SyncData 实例可以被复用。
下面是 struct SyncList 的定义。正如我在上面提过，你可以把 SyncData 当做是链表中的节点。每个 SyncList 结构体都有个指向 SyncData 节点链表头部的指针，也有一个用于防止多个线程对此列表做并发修改的锁。
上面代码块的最后一行是 sDataLists 的声明 - 一个 SyncList 结构体数组，大小为16。通过定义的一个哈希算法将传入对象映射到数组上的一个下标。值得注意的是这个哈希算法设计的很巧妙，是将对象指针在内存的地址转化为无符号整型并右移五位，再跟 0xF 做按位与运算，这样结果不会超出数组大小。 LOCK_FOR_OBJ(obj) 和 LIST_FOR_OBJ(obj) 这俩宏就更好理解了，先是哈希出对象的数组下标，然后取出数组对应元素的 lock 或 data。一切都是这么顺理成章哈。
当你调用 objc_sync_enter(obj) 时，它用 obj 内存地址的哈希值查找合适的 SyncData，然后将其上锁。当你调用 objc_sync_exit(obj) 时，它查找合适的 SyncData 并将其解锁。
译者注：上面的源码和几段解释有些原文解释不清和疏漏的地方，我看了源码后按照自己的理解进行了补充和修正。
噢耶！现在我们知道了 @synchronized 如何将一个锁和你正在同步的对象关联起来，我希望聊聊当一个对象在 @synchronized block 当中被释放或设为 nil 时会发生什么。
如果你看了源码，你会注意到 objc_sync_enter 里面没有 retain 和 release。所以它要么没有保持传递给它的对象，要么或是在 ARC 下被编译。我们可以用下面的代码来做个测试：
<code class="hljs autohotkey has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;">NSDate *test = [NSDate date]<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">;</span>
// This should always be <span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">`1</span><span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">`
</span>NSLog(@<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"%@"</span>, @([test retainCount]))<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">;</span>
@synchronized (test) {
// This will be <span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">`2</span><span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">` </span><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> <span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">`@</span>synchronized<span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">` </span>somehow
// retains <span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">`t</span>est<span class="hljs-escape" style="box-sizing: border-box;">`
</span> NSLog(@<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"%@"</span>, @([test retainCount]))<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">;</span>
}</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li></ul>
两次输出结果都是 1。那么 objc_sync_enter 貌似是没保持被传入的对象啊。这就有趣了。如果你正在同步的对象被释放了，然后有可能另一个新的对象在此处（被释放对象的内存地址）被分配内存。有可能某个其他的线程试着去同步那个新的对象（就是那个在被释放的旧对象的内存地址上刚刚新创建的对象）。在这种情况下，另一个线程将会阻塞，直到当前线程结束它的同步 block。这看起来并不是很糟。这听起来像是这种事情实现者早就知道并予以接受。我没有遇到过任何好的替代方案。
假如对象在 “synchronized block” 中被设成 nil 呢？我们回顾下我们“拿衣服（naive）”的实现吧：
<code class="hljs sql has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;">NSString *test = @"test";
@try {
// Allocates a <span class="hljs-operator" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">lock</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">for</span> test <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">and</span> locks it
objc_sync_enter(test);</span>
test = nil;
} @finally {
// Passed `nil`, so the <span class="hljs-operator" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">lock</span> allocated <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">in</span> <span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">`objc_sync_enter`</span>
// above <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">is</span> never unlocked <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">or</span> deallocated
objc_sync_exit(test);</span>
}</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li></ul>
objc_sync_enter 被调用时传入的是 test 而 objc_sync_exit 被调用时传入的是 nil。而传入 nil 的时候 objc_sync_exit 是个空操作，所以将不会有人释放锁。这真操蛋！
如果 Objective-C 容易受这种情况的影响，我们知道么？下面的代码调用 @synchronized 并在 @synchronized block 中将一个指针设为 nil。然后在后台线程对指向同一个对象的指针调用 @synchronized。如果在 @synchronized block 中设置一个对象为 nil 会让锁死锁，那么在第二个 @synchronized 中的代码将永远不会执行。我们将不会在控制台中看见任何东西打印出来。
<code class="hljs applescript has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;">NSNumber *<span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box;">number</span> = @(<span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">1</span>);
NSNumber *thisPtrWillGoToNil = <span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box;">number</span>;
@synchronized (thisPtrWillGoToNil) {
/**
* Here we <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">set</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">the</span> thing <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">that</span> we're synchronizing <span class="hljs-function_start" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">on</span></span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">to</span> `nil`. If
* implemented naively, <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">the</span> object would be passed <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">to</span> `objc_sync_enter`
* <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">and</span> `nil` would be passed <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">to</span> `objc_sync_exit`, causing a lock <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">to</span>
* never be released.
*/
thisPtrWillGoToNil = nil;
}
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, <span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">0</span>), ^ {
NSCAssert(![NSThread isMainThread], @<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"Must be run on background thread"</span>);
/**
* If, <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">as</span> mentioned <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">in</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">the</span> comment <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">above</span>, <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">the</span> synchronized lock <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">is</span> never
* released, <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">then</span> we expect <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">to</span> wait forever <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">below</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">as</span> we <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">try</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">to</span> acquire
* <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">the</span> lock associated <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">with</span> `<span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box;">number</span>`.
*
* This doesn't happen, so we conclude <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">that</span> `@synchronized` must deal
* <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">with</span> this correctly.
*/
@synchronized (<span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box;">number</span>) {
NSLog(@<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"This line does indeed get printed to stdout"</span>);
}
});</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">19</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">20</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">21</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">22</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">23</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">24</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">25</li></ul>
当我们执行上面的代码时，那行代码确实打印到控制台了！所以 Objective-C 很好地处理了这种情形。我打赌是编译器做了类似下面的事情来解决这事儿的。
<code class="hljs objectivec has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-built_in" style="color: rgb(102, 0, 102); box-sizing: border-box;">NSString</span> *test = @<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"test"</span>;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">id</span> synchronizeTarget = (<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">id</span>)test;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">@try</span> {
objc_sync_enter(synchronizeTarget);
test = <span class="hljs-literal" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">nil</span>;
} <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">@finally</span> {
objc_sync_exit(synchronizeTarget);
}</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li></ul>
用这种方式实现的话，传递给 objc_sync_enter 和 objc_sync_exit 总是相同的对象。他们在传入 nil 时都是空操作。这带来了个棘手的 debug 场景：如果你向 @synchronized 传递 nil，那么你就不会得到任何锁而且你的代码将不会是线程安全的！如果你想知道为什么你正收到出乎意料的竞态（race），确保你没向你的 @synchronized 传入 nil。你可以在 objc_sync_nil 上设置一个符号断点来达到此目的。objc_sync_nil 是一个空方法，当 objc_sync_enter 函数被传入 nil 时会被调用，折让 debug 更容易些。
译者注：下面是 objc_sync_enter 的源码，主要逻辑很容易看懂，加深理解 objc_sync_nil：
<code class="hljs haskell has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-title" style="box-sizing: border-box;">int</span> objc_sync_enter(id obj)
{
int result = <span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">OBJC_SYNC_SUCCESS</span>;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (obj) {
<span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">SyncData</span>* <span class="hljs-typedef" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">data</span> = id2data<span class="hljs-container" style="box-sizing: border-box;">(<span class="hljs-title" style="box-sizing: border-box;">obj</span>, <span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">ACQUIRE</span>)</span>;</span>
require_action_string(<span class="hljs-typedef" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">data</span> != <span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">NULL</span>, done, result = <span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">OBJC_SYNC_NOT_INITIALIZED</span>, "id2data failed");</span>
result = recursive_mutex_lock(&<span class="hljs-typedef" style="box-sizing: border-box;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">data</span>->mutex);</span>
require_noerr_string(result, done, <span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"mutex_lock failed"</span>);
} <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">else</span> {
// @synchronized(nil) does nothing
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (<span class="hljs-type" style="box-sizing: border-box; color: rgb(102, 0, 102);">DebugNilSync</span>) {
_objc_inform(<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"NIL SYNC DEBUG: @synchronized(nil); set a breakpoint on objc_sync_nil to debug"</span>);
}
objc_sync_nil();
}
<span class="hljs-title" style="box-sizing: border-box;">done</span>:
return result;
}</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li></ul>
这回答了我眼下的问题。
你调用 sychronized 的每个对象，Objective-C runtime 都会为其分配一个递归锁并存储在哈希表中。
如果在 sychronized 内部对象被释放或被设为 nil 看起来都 OK。不过这没在文档中说明，所以我不会再生产代码中依赖这条。
注意不要向你的 sychronized block 传入 nil！这将会从代码中移走线程安全。你可以通过在 objc_sync_nil 上加断点来查看是否发生了这样的事情。
研究的下一步将是研究下 “synchronized block” 输出的汇编，看看它是否跟我上面的例子相似。我打赌 @synchronized block 的汇编输出不会跟任何我们设计的 Objective-C 代码相同，上面的代码充其量是 @synchronized 的工作模型。你能想到更好的模型么？我的模型在哪些情形下会有瑕疵么？告诉我吧！