4-30.【OC】【锁】在大型工程中，你会如何设计锁粒度与隔离策略？

在大型 iOS 工程中，设计锁粒度与隔离策略的目标是在数据安全性、执行性能与开发维护成本之间找到平衡。锁粒度过粗会导致主线程卡顿（如你提供的 slowlog_0 所示），锁粒度过细则会增加死锁风险。

以下是一套经过实践检验的设计体系：

1. 锁粒度设计：从“全局”走向“条目”

在大型工程中，应遵循“能用局部锁，不用全局锁”的原则。

• 分段锁（Striped Locking） ：参考 SideTable 的设计。

  • 应用场景：大规模缓存、全局状态管理。
  • 设计：不要为整个 NSDictionary 加锁，而是创建 16 或 64 个桶（Bucket），根据 Key 的 Hash 值分配到对应的锁。这样可以支持多个线程并发访问不同段的数据。

• 属性级对象锁：

  • 应用场景：配置模型、单例状态。
  • 设计：使用 os_unfair_lock 保护特定变量，而不是锁定整个类实例。

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2. 核心隔离策略：并发控制的核心

相比于直接使用“锁”，在 iOS 大型工程中更推荐使用执行隔离。

A. 基于 GCD 串行队列的隔离（推荐）

这是 Apple 最推荐的模式，用“消息传递”替代“共享内存”。

• 设计：为每个模块（如 NetworkManager 或 DatabaseManager）创建一个私有的 dispatch_queue_t。
• 优点：消除了竞争，逻辑清晰，且能有效利用 dispatch_async 避免主线程被阻塞。

B. 读写隔离（Reader-Writer Pattern）

• 应用场景：频繁读取、偶尔写入的数据（如内存配置表）。

• 设计：使用 GCD 并发队列配合 dispatch_barrier_async。

  • 读：dispatch_sync 到并发队列，允许多线程同时读。
  • 写：dispatch_barrier_async，确保写入时没有其他读写任务。

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3. 针对“启动性能”的特殊隔离设计

结合你上传的 slowlog_0 案例（个推 SDK 在主线程初始化导致卡顿），在设计隔离策略时必须考虑：

• 启动链路分级：

  • Level 0 (必须同步) ：崩溃监控、基础日志。
  • Level 1 (异步/并行) ：像个推、埋点等第三方 SDK，应强制隔离到专门的 StartupQueue 中执行。

• 主线程守卫：

  • 严禁在主线程使用 dispatch_sync 等待任何后台任务。
  • 如果必须等待，应使用“回调/监听”机制，而非“阻塞等待”。

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4. 避免死锁的防御性规范

在大型团队协作中，靠自觉是不够的，需要设计规约：

1. 锁的层级化：定义一套加锁顺序。例如：数据库锁 -> 网络缓存锁 -> 内存模型锁。禁止反向加锁。

2. 超时机制：在关键路径上使用 pthread_mutex_timedlock 或 GCD 的 dispatch_semaphore_wait 超时版本，即便发生异常也不会永久卡死。

3. 无锁设计（Lock-Free） ：

   • 利用原子操作（Atomic CAS）处理简单的状态位切换。
   • 利用不可变对象（Immutable Objects）。当数据更新时，创建一个新对象并替换引用，旧对象随 ARC 释放。这是最安全的隔离策略。

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5. 总结建议方案

场景	推荐方案	理由
高频并发小数据	os_unfair_lock	性能最接近自旋锁，且安全
复杂逻辑模块	串行 GCD 队列隔离	将竞态问题转化为顺序执行，降低维护难度
大型数据/文件	分段读写锁 (Barrier)	提高读取吞吐量
对象属性保护	不可变模型 + 指针替换	彻底避免锁，极大提升启动性能