同期ツール

• アトミック操作: 単純なデータ型を操作するだけの同期、スレッドをブロックしない点が特徴
• メモリバリア: 確実に正しい順序でメモリ操作を実行させる
• ロック: クリティカルセクションの保護ができる
• 条件変数: 特定の条件に該当する場合にスレッド同士シグナルを送り合う

パフォーマンス

• mutex: 0.2 μsec
• compare and swap: 0.05 μsec

デッドロックおよびライブロックへの配慮

アトミック操作

• Add: 加算
• Increment: +1
• Decrement: -1
• 論理 OR: OR
• 論理 AND: AND
• 論理 XOR: XOR
• compare and swap:
  • 古い値と変数を比較して等しい場合に、新しい値を代入する
  • 比較と代入をアトミックに行う
• test and set:
  • 変数ないのビットをテストし、このビットを 1 にして、元のビットの値をブール値として返す
• test and clear:
  • 指定された変数内のビットをテストし、このビットを 0 にして、元のビットの値をブール値として返す

var value: Int32 = 0
OSAtomicTestAndSet(0, &value)
value // value is now 128.

value = 0
OSAtomicTestAndSet(7, &value)
value // value is now 1.

value = 0
OSAtomicTestAndSet(15, &value)
value // value is now 256.

OSAtomicCompareAndSwap32(256, 512, &value)
value // value is now 512.

OSAtomicCompareAndSwap32(256, 1024, &value)
value // value is still 512.

ロック

• ミューテックス: リソースを囲む保護バリアとして機能する相互排他的なロック。一度に 1 つのスレッドだけにアクセスを許可するセマフォの一種。
• 再帰ロック: ミューテックスロックの亜種。ロックを取得した単一のスレッドで、そのロックを解放する前に複数回ロックを取得できる。同じ回数アンロックをかけるとロックを解除できる。
• 読み取り/書き込みブロック: 共有排他ロックのこと。規模の大きな操作で利用することがおおい。データの読み取りを頻繁に行いながら、部分修正するような場合にパフォーマンスが良い。POSIX スレッドを用いる。
• 分散ロック: プロセスレベルの相互に排他的なアクセスを実装できる
• スピンロック: 条件が真になるまでロックの条件を繰り返しポーリングする。粗相されるロック待機時間が短いマルチプロセッサシステムで用いられる。カーネルプログラミングにより実装する。

POSIX ミューテックスロック

var mutex = pthread_mutex_t()

func initialize() {
    pthread_mutex_init(&mutex, nil)
}

func destroy() {
    pthread_mutex_destroy(&mutex)
}


func lockingFunction() {
    pthread_mutex_lock(&mutex)
    defer { pthread_mutex_unlock(&mutex)}
    //
    //  ロックを利用できる
    //
}

NSLock

var lock = NSLock()

func lockingFunction() {
    lock.lock()
    defer { lock.unlock() }
    //
    // ロックを利用できる
    //
}

NSRecrsiveLock

NSConditionLock

let condLock = NSConditionLock(condition: 0)

while true {
    condLock.lock()
    condLock.unlockWithCondition(1)
    //
    // ロックを利用できる
    //
}

条件変数の利用

NSCondition の利用

let cond = NSCondition()

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), {
    sleep(2)
    cond.signal()
})
while true {
    cond.wait()
    //
    // 処理
    //
    cond.unlock()
    break
}

Appendix

参考文献

用語の定義

• スレッド: コードを実行する、他とは切り離されたパスのこと
• プロセス: 動作中の実行形式コードのことで、複数のスレッドから成ることもある
• タスク: 実行するべき処理を表す、抽象的な概念

スレッドの代替テクノロジ

• オペレーションオブジェクト: NSOperation のインスタンス, 通常は OperationQueue に突っ込んで使う
• Grand Central Dispatch(GCD)
• 他、アイドル時間通知, 非同期関数, タイマー, プロセス