建議一邊看文章,一邊看代碼来涨。
聲明:關(guān)于性能的分析是基于我的測試代碼來的图焰,我也看到和網(wǎng)上很多測試結(jié)果有所不同,所以性能分析只作為參考蹦掐,僅代表測試代碼表現(xiàn)技羔,不代表真實情況。同時我會基于我的代碼盡量讓性能測試更精準卧抗。
線程安全是怎么產(chǎn)生的
常見比如線程內(nèi)操作了一個線程外的非線程安全變量藤滥,這個時候一定要考慮線程安全和同步。
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{//假如每個進來的都是一個線程
/*1.imageNames是線程外的變量社裆,這個時候就需要考慮線程安全拙绊,
因為,假如我們當前imageNames的個數(shù)是1泳秀,線程A和B同時進來發(fā)現(xiàn)個數(shù)是大于0的标沪,
都會去執(zhí)行remove操作,結(jié)果肯定會有一個線程崩潰掉嗜傅。
*/
/*2.NSMutableArray *array = [[NSMutableArray alloc]initWithArray:imageNames];
這里如果新生成一個array谨娜,下面也把imageNames換成array就不需要考慮線程安全,
但是這樣array.count判斷永遠大于0磺陡,也就是永遠等于imageNames.count
*/
NSString *imageName;
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObject:imageName];
}
}
下面是鎖的同步方案
鎖的概念
鎖是最常用的同步工具。一段代碼段在同一個時間只能允許被一個線程訪問,比如一個線程A進入加鎖代碼之后由于已經(jīng)加鎖币他,另一個線程B就無法訪問坞靶,只有等待前一個線程A執(zhí)行完加鎖代碼后解鎖,B線程才能訪問加鎖代碼蝴悉。
不要將過多的其他操作代碼放到里面彰阴,否則一個線程執(zhí)行的時候另一個線程就一直在等待,就無法發(fā)揮多線程的作用了拍冠。
NSLock
在Cocoa程序中NSLock中實現(xiàn)了一個簡單的互斥鎖尿这,實現(xiàn)了NSLocking protocol。
lock庆杜,加鎖
unlock射众,解鎖
tryLock,嘗試加鎖晃财,如果失敗了叨橱,并不會阻塞線程,只是立即返回
NOlockBeforeDate:断盛,在指定的date之前暫時阻塞線程(如果沒有獲取鎖的話)罗洗,如果到期還沒有獲取鎖,則線程被喚醒钢猛,函數(shù)立即返回NO
使用tryLock并不能成功加鎖伙菜,如果獲取鎖失敗就不會執(zhí)行加鎖代碼了。
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
[lock lock];
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObject:imageName];
}
[lock unlock];
}
@synchronized代碼塊
每個iOS開發(fā)最早接觸的線程鎖就是@synchronized命迈,代碼簡單贩绕。
- (void)getIamgeName:(int)index{
NSString *imageName;
@synchronized(self) {
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObject:imageName];
}
}
}
條件信號量dispatch_semaphore_t
dispatch_semaphore_tGCD中信號量,也可以解決資源搶占問題,支持信號通知和信號等待躺翻。每當發(fā)送一個信號通知丧叽,則信號量+1;每當發(fā)送一個等待信號時信號量-1,公你;如果信號量為0則信號會處于等待狀態(tài)踊淳,直到信號量大于0開始執(zhí)行。
#import "MYDispatchSemaphoreViewController.h"
@interface MYDispatchSemaphoreViewController ()
{
dispatch_semaphore_t semaphore;
}
@end
@implementation MYDispatchSemaphoreViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
/**
*? 創(chuàng)建一個信號量為1的信號
*
*/
}
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
/**
*? semaphore:等待信號
DISPATCH_TIME_FOREVER:等待時間
wait之后信號量-1陕靠,為0
*/
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObject:imageName];
}
/**
*? 發(fā)送一個信號通知迂尝,這時候信號量+1,為1
*/
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}
@end
條件鎖NSCondition
NSCondition同樣實現(xiàn)了NSLocking協(xié)議剪芥,所以它和NSLock一樣垄开,也有NSLocking協(xié)議的lock和unlock方法,可以當做NSLock來使用解決線程同步問題税肪,用法完全一樣溉躲。
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
[lock lock];
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObject:imageName];
}
[lock unlock];
}
同時榜田,NSCondition提供更高級的用法。wait和signal锻梳,和條件信號量類似箭券。
比如我們要監(jiān)聽imageNames數(shù)組的個數(shù),當imageNames的個數(shù)大于0的時候就執(zhí)行清空操作疑枯。思路是這樣的辩块,當imageNames個數(shù)大于0時執(zhí)行清空操作,否則荆永,wait等待執(zhí)行清空操作废亭。當imageNames個數(shù)增加的時候發(fā)生signal信號,讓等待的線程喚醒繼續(xù)執(zhí)行具钥。
NSCondition和NSLock豆村、@synchronized等是不同的是,NSCondition可以給每個線程分別加鎖氓拼,加鎖后不影響其他線程進入臨界區(qū)你画。這是非常強大。
但是正是因為這種分別加鎖的方式桃漾,NSCondition使用wait并使用加鎖后并不能真正的解決資源的競爭坏匪。比如我們有個需求:不能讓m<0。假設(shè)當前m=0,線程A要判斷到m>0為假,執(zhí)行等待撬统;線程B執(zhí)行了m=1操作适滓,并喚醒線程A執(zhí)行m-1操作的同時線程C判斷到m>0,因為他們在不同的線程鎖里面恋追,同樣判斷為真也執(zhí)行了m-1凭迹,這個時候線程A和線程C都會執(zhí)行m-1,但是m=1,結(jié)果就會造成m=-1.
當我用數(shù)組做刪除試驗時苦囱,做增刪操作并不是每次都會出現(xiàn)嗅绸,大概3-4次后會出現(xiàn)。單純的使用lock撕彤、unlock是沒有問題的鱼鸠。
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
[lock lock];? ? //加鎖
static int m = 0;
static int n = 0;
static int p = 0;
NSLog(@"removeObjectBegin count: %ld\n",imageNames.count);
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObjectAtIndex:0];
m++;
NSLog(@"執(zhí)行了%d次刪除操作",m);
} else {
p++;
NSLog(@"執(zhí)行了%d次等待",p);
[lock wait];? ? //等待
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObjectAtIndex:0];
/**
*? 有時候點擊取出圖片會崩潰
*/
n++;
NSLog(@"執(zhí)行了%d次繼續(xù)操作",n);
}
NSLog(@"removeObject count: %ld\n",imageNames.count);
[lock unlock];? ? //解鎖
}
- (void)createImageName:(NSMutableArray *)imageNames{
[lock lock];
static int m = 0;
[imageNames addObject:@"0"];
m++;
NSLog(@"添加了%d次",m);
[lock signal];? //喚醒隨機一個線程取消等待繼續(xù)執(zhí)行
//? ? ? ? [lock broadcast];? //喚醒所有線程取消等待繼續(xù)執(zhí)行
NSLog(@"createImageName count: %ld\n",imageNames.count);
[lock unlock];
}
#pragma mark - 多線程取出圖片后刪除
- (void)getImageNameWithMultiThread{
[lock broadcast];
NSMutableArray *imageNames = [[NSMutableArray alloc]init];
dispatch_group_t dispatchGroup = dispatch_group_create();
__block double then, now;
then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
for (int i=0; i<10; i++) {
dispatch_group_async(dispatchGroup, self.synchronizationQueue, ^(){
[self getIamgeName:imageNames];
});
dispatch_group_async(dispatchGroup, self.synchronizationQueue, ^(){
[self createImageName:imageNames];
});
}
dispatch_group_notify(dispatchGroup, self.synchronizationQueue, ^(){
now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
printf("thread_lock: %f sec\nimageNames count: %ld\n", now-then,imageNames.count);
});
}
條件鎖NSConditionLock
也有人說這是個互斥鎖
NSConditionLock同樣實現(xiàn)了NSLocking協(xié)議,試驗過程中發(fā)現(xiàn)性能很低羹铅。
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
[lock lock];
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObject:imageName];
}
[lock unlock];
}
NSConditionLock也可以像NSCondition一樣做多線程之間的任務(wù)等待調(diào)用蚀狰,而且是線程安全的。
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
[lock lockWhenCondition:1];? ? //加鎖
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames lastObject];
[imageNames removeObjectAtIndex:0];
}
[lock unlockWithCondition:0];? ? //解鎖
}
- (void)createImageName:(NSMutableArray *)imageNames{
[lock lockWhenCondition:0];
[imageNames addObject:@"0"];
[lock unlockWithCondition:1];
}
#pragma mark - 多線程取出圖片后刪除
- (void)getImageNameWithMultiThread{
NSMutableArray *imageNames = [[NSMutableArray alloc]init];
dispatch_group_t dispatchGroup = dispatch_group_create();
__block double then, now;
then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
for (int i=0; i<10000; i++) {
dispatch_group_async(dispatchGroup, self.synchronizationQueue, ^(){
[self getIamgeName:imageNames];
});
dispatch_group_async(dispatchGroup, self.synchronizationQueue, ^(){
[self createImageName:imageNames];
});
}
dispatch_group_notify(dispatchGroup, self.synchronizationQueue, ^(){
now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
printf("thread_lock: %f sec\nimageNames count: %ld\n", now-then,imageNames.count);
});
}
遞歸鎖NSRecursiveLock
有時候“加鎖代碼”中存在遞歸調(diào)用职员,遞歸開始前加鎖麻蹋,遞歸調(diào)用開始后會重復執(zhí)行此方法以至于反復執(zhí)行加鎖代碼最終造成死鎖,這個時候可以使用遞歸鎖來解決焊切。使用遞歸鎖可以在一個線程中反復獲取鎖而不造成死鎖扮授,這個過程中會記錄獲取鎖和釋放鎖的次數(shù)芳室,只有最后兩者平衡鎖才被最終釋放。
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
[lock lock];
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames firstObject];
[imageNames removeObjectAtIndex:0];
[self getIamgeName:imageNames];
}
[lock unlock];
}
- (void)getImageNameWithMultiThread{
NSMutableArray *imageNames = [NSMutableArray new];
int count = 1024*10;
for (int i=0; i
[imageNames addObject:[NSString stringWithFormat:@"%d",i]];
}
dispatch_group_t dispatchGroup = dispatch_group_create();
__block double then, now;
then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
dispatch_group_async(dispatchGroup, self.synchronizationQueue, ^(){
[self getIamgeName:imageNames];
});
dispatch_group_notify(dispatchGroup, dispatch_get_main_queue(), ^(){
now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
printf("thread_lock: %f sec\nimageNames count: %ld\n", now-then,imageNames.count);
});
}
NSDistributedLock
NSDistributedLock是MAC開發(fā)中的跨進程的分布式鎖刹勃,底層是用文件系統(tǒng)實現(xiàn)的互斥鎖渤愁。NSDistributedLock沒有實現(xiàn)NSLocking協(xié)議,所以沒有l(wèi)ock方法深夯,取而代之的是非阻塞的tryLock方法。
NSDistributedLock *lock = [[NSDistributedLock alloc] initWithPath:@"/Users/mac/Desktop/lock.lock"];
while (![lock tryLock])
{
sleep(1);
}
//do something
[lock unlock];
當執(zhí)行到do something時程序退出,程序再次啟動之后tryLock就再也不能成功了,陷入死鎖狀態(tài).其他應(yīng)用也不能訪問受保護的共享資源诺苹。在這種情況下咕晋,你可以使用breadLock方法來打破現(xiàn)存的鎖以便你可以獲取它。但是通常應(yīng)該避免打破鎖收奔,除非你確定擁有進程已經(jīng)死亡并不可能再釋放該鎖掌呜。
因為是MAC下的線程鎖,所以demo里面沒有坪哄,這里也不做過多關(guān)注质蕉。
互斥鎖POSIX
POSIX和dispatch_semaphore_t很像,但是完全不同翩肌。POSIX是Unix/Linux平臺上提供的一套條件互斥鎖的API模暗。
新建一個簡單的POSIX互斥鎖,引入頭文件#import 聲明并初始化一個pthread_mutex_t的結(jié)構(gòu)念祭。使用pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock函數(shù)兑宇。調(diào)用pthread_mutex_destroy來釋放該鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
#import
@interface MYPOSIXViewController ()
{
pthread_mutex_t mutex;? //聲明pthread_mutex_t的結(jié)構(gòu)
}
@end
@implementation MYPOSIXViewController
- (void)dealloc{
pthread_mutex_destroy(&mutex);? //釋放該鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
}
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
/**
*? 初始化
*
*/
}
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
/**
*? 加鎖
*/
pthread_mutex_lock(&mutex);
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames firstObject];
[imageNames removeObjectAtIndex:0];
}
/**
*? 解鎖
*/
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
POSIX還可以創(chuàng)建條件鎖粱坤,提供了和NSCondition一樣的條件控制隶糕,初始化互斥鎖同時使用pthread_cond_init來初始化條件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),
// 初始化
int pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *attr);
// 等待(會阻塞)
int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mut);
// 定時等待
int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mut, const struct timespec *abstime);
// 喚醒
int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond);
// 廣播喚醒
int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *cond);
// 銷毀
int pthread_cond_destroy (pthread_cond_t *cond);
POSIX還提供了很多函數(shù)站玄,有一套完整的API枚驻,包含Pthreads線程的創(chuàng)建控制等等,非常底層株旷,可以手動處理線程的各個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換即管理生命周期再登,甚至可以實現(xiàn)一套自己的多線程,感興趣的可以繼續(xù)深入了解灾常。推薦一篇詳細文章霎冯,但不是基于iOS的,是基于Linux的钞瀑,但是介紹的非常詳細Linux 線程鎖詳解
自旋鎖OSSpinLock
首先要提的是OSSpinLock已經(jīng)出現(xiàn)了BUG沈撞,導致并不能完全保證是線程安全的。
新版 iOS 中雕什,系統(tǒng)維護了 5 個不同的線程優(yōu)先級/QoS: background缠俺,utility显晶,default,user-initiated壹士,user-interactive磷雇。高優(yōu)先級線程始終會在低優(yōu)先級線程前執(zhí)行,一個線程不會受到比它更低優(yōu)先級線程的干擾躏救。這種線程調(diào)度算法會產(chǎn)生潛在的優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題唯笙,從而破壞了 spin lock。
具體來說盒使,如果一個低優(yōu)先級的線程獲得鎖并訪問共享資源崩掘,這時一個高優(yōu)先級的線程也嘗試獲得這個鎖,它會處于 spin lock 的忙等狀態(tài)從而占用大量 CPU少办。此時低優(yōu)先級線程無法與高優(yōu)先級線程爭奪 CPU 時間苞慢,從而導致任務(wù)遲遲完不成、無法釋放 lock英妓。這并不只是理論上的問題挽放,libobjc 已經(jīng)遇到了很多次這個問題了,于是蘋果的工程師停用了 OSSpinLock蔓纠。
蘋果工程師 Greg Parker 提到辑畦,對于這個問題,一種解決方案是用 truly unbounded backoff 算法贺纲,這能避免 livelock 問題航闺,但如果系統(tǒng)負載高時,它仍有可能將高優(yōu)先級的線程阻塞數(shù)十秒之久猴誊;另一種方案是使用 handoff lock 算法潦刃,這也是 libobjc 目前正在使用的。鎖的持有者會把線程 ID 保存到鎖內(nèi)部懈叹,鎖的等待者會臨時貢獻出它的優(yōu)先級來避免優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的問題乖杠。理論上這種模式會在比較復雜的多鎖條件下產(chǎn)生問題,但實踐上目前還一切都好澄成。
OSSpinLock 自旋鎖胧洒,性能最高的鎖。原理很簡單墨状,就是一直 do while 忙等卫漫。它的缺點是當?shù)却龝r會消耗大量 CPU 資源,所以它不適用于較長時間的任務(wù)肾砂。對于內(nèi)存緩存的存取來說列赎,它非常合適。
-摘自ibireme
所以說不建議再繼續(xù)使用镐确,不過可以拿來玩耍一下,導入頭文件#import
#import
@interface MYOSSpinLockViewController ()
{
OSSpinLock spinlock;? //聲明pthread_mutex_t的結(jié)構(gòu)
}
@end
@implementation MYOSSpinLockViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
spinlock = OS_SPINLOCK_INIT;
/**
*? 初始化
*
*/
}
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
/**
*? 加鎖
*/
OSSpinLockLock(&spinlock);
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames firstObject];
[imageNames removeObjectAtIndex:0];
}
/**
*? 解鎖
*/
OSSpinLockUnlock(&spinlock);
}
@end
OSSpinLock的性能真的很卓越包吝,可惜啦
GCD線程阻斷dispatch_barrier_async/dispatch_barrier_sync
dispatch_barrier_async/dispatch_barrier_sync在一定的基礎(chǔ)上也可以做線程同步饼煞,會在線程隊列中打斷其他線程執(zhí)行當前任務(wù),也就是說只有用在并發(fā)的線程隊列中才會有效诗越,因為串行隊列本來就是一個一個的執(zhí)行的砖瞧,你打斷執(zhí)行一個和插入一個是一樣的效果。兩個的區(qū)別是是否等待任務(wù)執(zhí)行完成嚷狞。
注意:如果在當前線程調(diào)用dispatch_barrier_sync打斷會發(fā)生死鎖块促。
@interface MYdispatch_barrier_syncViewController ()
{
__block double then, now;
}
@end
@implementation MYdispatch_barrier_syncViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
}
- (void)getIamgeName:(NSMutableArray *)imageNames{
NSString *imageName;
if (imageNames.count>0) {
imageName = [imageNames firstObject];
[imageNames removeObjectAtIndex:0];
}else{
now = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
printf("thread_lock: %f sec\nimageNames count: %ld\n", now-then,imageNames.count);
}
}
- (void)getImageNameWithMultiThread{
NSMutableArray *imageNames = [NSMutableArray new];
int count = 1024*11;
for (int i=0; i
[imageNames addObject:[NSString stringWithFormat:@"%d",i]];
}
then = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
for (int i=0; i
//100來測試鎖有沒有正確的執(zhí)行
dispatch_barrier_async(self.synchronizationQueue, ^{
[self getIamgeName:imageNames];
});
}
}
總結(jié)
@synchronized:適用線程不多,任務(wù)量不大的多線程加鎖
NSLock:其實NSLock并沒有想象中的那么差床未,不知道大家為什么不推薦使用
dispatch_semaphore_t:使用信號來做加鎖褂乍,性能提升顯著
NSCondition:使用其做多線程之間的通信調(diào)用不是線程安全的
NSConditionLock:單純加鎖性能非常低,比NSLock低很多即硼,但是可以用來做多線程處理不同任務(wù)的通信調(diào)用
NSRecursiveLock:遞歸鎖的性能出奇的高,但是只能作為遞歸使用,所以限制了使用場景
NSDistributedLock:因為是MAC開發(fā)的屡拨,就不討論了
POSIX(pthread_mutex):底層的api只酥,復雜的多線程處理建議使用,并且可以封裝自己的多線程
OSSpinLock:性能也非常高呀狼,可惜出現(xiàn)了線程問題
dispatch_barrier_async/dispatch_barrier_sync:測試中發(fā)現(xiàn)dispatch_barrier_sync比dispatch_barrier_async性能要高裂允,真是大出意外
下面是基準測試
模擬器環(huán)境:i5 2.6GH+8G 內(nèi)存,xcode? 7.2.1 (7C1002)+iPhone6SP(9.2)
多線程鎖刪除數(shù)組性能測試(模擬器).png
真機環(huán)境:xcode? 7.2.1 (7C1002)+iPhone6(國行)
多線程鎖刪除數(shù)組性能測試(iPhone6真機).png
通過測試發(fā)現(xiàn)模擬器和真機的區(qū)別還是很大的哥艇,模擬器上明顯的階梯感绝编,真機就沒有,模擬器上NSConditionLock的性能非常差貌踏,我沒有把它的參數(shù)加在表格上十饥,不然其他的就看不到了。不過真機上面性能還好祖乳。
這些性能測試只是一個參考逗堵,沒必要非要去在意這些,畢竟前端的編程一般線程要求沒那么高眷昆,可以從其他的地方優(yōu)化蜒秤。線程安全中注意避坑,另外選擇自己喜歡的方式亚斋,這樣你可以研究的更深入作媚,使用的更熟練。
另外帅刊,demo中我把邏輯拿了出來纸泡,算是一個小小的MVVM框架或者MVVCC框架吧
demo在最上方。
2016.6.30更新
有網(wǎng)友提醒我有些鎖在資源競爭激烈和不激烈的情況下性能有差別厚掷,于是我修改了源碼弟灼,將原來的開辟大量線程邏輯改為開辟3個線程级解,代碼已更新github,老代碼在標簽1.0的位置田绑,有興趣可以看下勤哗。
多線程鎖刪除數(shù)組性能測試(iPhone6真機)2.png
根據(jù)新的測試結(jié)果,dispatch_barrier_async掩驱、dispatch_semaphore_t? ? 芒划、OSSpinLock,三種鎖在資源競爭程度不同下表現(xiàn)比較明顯欧穴。
另外再次聲明:測試結(jié)果僅僅代表一個參考民逼,因為各種因素的影響,并沒有那么準確涮帘。還是那句話拼苍,選擇自己喜歡的加鎖方式,高大上的還是性能高的调缨,自己選擇疮鲫,沒必要太在意對比。
作者:Yasin的簡書
鏈接:http://www.reibang.com/p/35dd92bcfe8c
來源:簡書
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