iOS - Objective-C 底层中的内存屏障

1. 基本实现

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// objc-os.h 中的内存屏障实现
#define OSMemoryBarrier()  __sync_synchronize()

// ARM 架构特殊处理
static ALWAYS_INLINE void
OSMemoryBarrierBeforeUnlock() {
#if defined(__arm__) || defined(__arm64__)
    OSMemoryBarrier();
#endif
}

2. 解锁前的内存屏障

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// 自旋锁解锁时使用内存屏障
static ALWAYS_INLINE void
OSSpinLockUnlock(volatile OSSpinLock *lock) {
    // 确保之前的内存操作都完成
    OSMemoryBarrierBeforeUnlock();
    // 解锁操作
    OSAtomicAnd32Barrier(0, &lock->value);
}

3. 原子操作中的内存屏障

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// 带内存屏障的原子操作
static ALWAYS_INLINE int32_t 
OSAtomicIncrement32Barrier(volatile int32_t *value) {
    // 使用带内存屏障的原子加操作
    return __sync_fetch_and_add(value, 1) + 1;
}

static ALWAYS_INLINE int32_t 
OSAtomicDecrement32Barrier(volatile int32_t *value) {
    // 使用带内存屏障的原子减操作
    return __sync_fetch_and_sub(value, 1) - 1;
}

4. 不同架构的处理

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// 针对不同架构的内存屏障实现
#if __has_feature(c_atomic)
    // 使用 C11 原子操作
    #define OSAtomicIncrement32Barrier(p) \
        __c11_atomic_add((_Atomic(int32_t) *)(p), 1, __ATOMIC_SEQ_CST)
#else
    // 使用平台特定的实现
    static ALWAYS_INLINE int32_t 
    OSAtomicIncrement32Barrier(volatile int32_t *value) {
        return __sync_fetch_and_add(value, 1) + 1;
    }
#endif

5. 使用场景

5.1 引用计数操作

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bool objc_object::rootTryRetain() {
    // 使用带内存屏障的原子操作
    if (OSAtomicCompareAndSwapInt32Barrier(0, 1, &refcount)) {
        return true;
    }
    return false;
}

5.2 属性原子访问

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// 原子属性的 setter
static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, 
                                   ptrdiff_t offset, bool atomic) 
{
    if (atomic) {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[GOODHASH(offset)];
        slotlock.lock();
        // 写入值
        *((id *)((char *)self + offset)) = newValue;
        // 确保内存操作完成
        OSMemoryBarrier();
        slotlock.unlock();
    }
}

6. 内存序保证

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// 1. Acquire 语义
#define ACQUIRE_BARRIER() \
    __asm__ __volatile__("dmb ish" : : : "memory")

// 2. Release 语义
#define RELEASE_BARRIER() \
    __asm__ __volatile__("dmb ish" : : : "memory")

// 3. 完全内存屏障
#define FULL_BARRIER() \
    __asm__ __volatile__("dmb ish" : : : "memory")

7. 性能考虑

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// 1. 避免不必要的内存屏障
void performOperation() {
    if (!needsBarrier) {
        // 使用非屏障版本的操作
        OSAtomicIncrement32(value);
    } else {
        // 使用带屏障版本
        OSAtomicIncrement32Barrier(value);
    }
}

// 2. 合并内存屏障
void batchOperations() {
    // 一次内存屏障保护多个操作
    OSMemoryBarrier();
    // 执行多个操作
    operation1();
    operation2();
    operation3();
    OSMemoryBarrier();
}

总结要点：

内存屏障类型：

完全内存屏障

获取屏障(Acquire)

释放屏障(Release)

使用场景：

锁操作

原子操作

属性访问

引用计数

架构相关：

ARM 特殊处理
x86 内存序列

不同平台实现

性能影响：

内存屏障开销

合理使用

优化策略

注意事项：

正确使用类型
避免过度使用

考虑性能影响

平台兼容性