概述
為什么會有數(shù)組的線程安全問題疚沐?
對于可變的集合(NSMutableArray、NSMutableDictionary、NSMutableSet)是可讀可寫的璧南,所以有可能出現(xiàn)這種場景:兩個或多個線程同時對一個可變集合進行讀、寫师逸、新增及刪除的操作司倚,這樣是得不到預(yù)期的結(jié)果的,甚至程序會拋出異篓像。如果我們將這些線程用一定的規(guī)則去管理好动知,那就可以解決這個問題了。下面我們開始著手處理這個問題吧
先修
要解決這個線程安全的問題员辩,需要明白兩個知識點
1.nonatomic 和atomic
這兩個關(guān)鍵字是用來修飾成員變量的盒粮。前者是非原子操作即線程可以隨便訪問成員變量,后者是原子操作即線程訪問按照一定的規(guī)則進行奠滑。
nonatomic:
如果只存在單個線程訪問成員變量丹皱,用它修飾是非常不錯的,因為沒有對訪問進行線程加鎖宋税,效率非常高种呐。但是正因為沒有加鎖,所以可能同時進行讀寫弃甥,導(dǎo)致不可預(yù)期的錯誤爽室。
atomic:
用atomic修飾成員變量,會給成員變量的getter 和 setter方法加鎖淆攻,使訪問每次只能進行一個阔墩,避免多個線程同時操作成員變量,所以適用于多線程訪問成員變量的場景瓶珊。
雖然atomic修飾的成員變量在多線程去訪問時不會出現(xiàn)錯誤啸箫,但結(jié)果不一定準確:
比如說有一個成員變量name,當(dāng)a線程去getter name的值,同時有b線程和c線程對name 進行setter值伞芹,那么name的值就不確定了忘苛,可能是b線程操作之前的值,也有可能是b線程操作之后的值唱较,也有可能是c線程操作之后的值扎唾。
再看下面這段代碼:
- (void)competition {
self.count = 0;
dispatch_async(queue1, ^{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
self.count = self.count + 1;
}
});
dispatch_async(queue2, ^{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
self.count = self.count + 1;
}
});
}
上面這段代碼的最終結(jié)果肯定小于20000。當(dāng)獲取值的時候都是原子線程安全操作南缓,比如兩個線程都獲取了當(dāng)前值 0胸遇,于是分別增量后變?yōu)榱?1,所以兩個隊列依序?qū)懭胫刀际?1汉形,所以不是線程安全的纸镊。
2.dispatch_barrier_async 和dispatch_barrier_sync
這是GDC里面的兩個柵欄方法倍阐,需要配合隊列使用。其作用是攔住前面添加到隊列的任務(wù)逗威,讓這些任務(wù)執(zhí)行完成峰搪,然后再執(zhí)行柵欄里的任務(wù),兩個方法的區(qū)別是:
- dispatch_barrier_async不阻塞主線程凯旭;
- dispatch_barrier_sync阻塞主線程概耻,非得等到柵欄里的任務(wù)執(zhí)行完成程序才能執(zhí)行主線程的任務(wù)。
- 另外一點需要明確的是尽纽,柵欄函數(shù)只對主隊列和自身所在隊列有影響,其他隊列不受影響童漩。
如果在隊列中的柵欄之后再添加任務(wù)弄贿,則此任務(wù)要等到柵欄里的任務(wù)完成后才會執(zhí)行。
看一段代碼就一目了然了
先使用 dispatch_barrier_sync
dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(concurrent_queue, ^{
for (int i = 0; i < 500; i++) {
if (i % 100 == 0) {
NSLog(@"任務(wù)一%d",i);
}
}
});
dispatch_async(concurrent_queue, ^{
for (int i = 0; i < 50; i++) {
if (i % 10 == 0) {
NSLog(@"任務(wù)二%d",i);
}
}
});
dispatch_async(concurrent_queue, ^{
for (int i = 0; i < 30; i++) {
if (i % 5 == 0) {
NSLog(@"任務(wù)三%d",i);
}
}
});
// 這里使用同步柵欄函數(shù)
dispatch_barrier_sync(concurrent_queue, ^{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
if (i % 5 == 0) {
NSLog(@"-------同步barrier的任務(wù)%d-------",i);
}
}
});
NSLog(@"外面的任務(wù)");
dispatch_async(concurrent_queue, ^{
for (int i = 0; i < 3; i++) {
NSLog(@"任務(wù)四%d",i);
}
});
dispatch_async(concurrent_queue, ^{
for (int i = 0; i < 3; i++) {
NSLog(@"任務(wù)六%d",i);
}
});
打印結(jié)果如下
2019-07-31 17:22:17.599644+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)一0
2019-07-31 17:22:17.599644+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)三0
2019-07-31 17:22:17.599644+0800 ArrayTest[14396:408596] 任務(wù)二0
2019-07-31 17:22:17.599823+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)一100
2019-07-31 17:22:17.599823+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)三5
2019-07-31 17:22:17.599824+0800 ArrayTest[14396:408596] 任務(wù)二10
2019-07-31 17:22:17.599931+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)三10
2019-07-31 17:22:17.599949+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)一200
2019-07-31 17:22:17.599932+0800 ArrayTest[14396:408596] 任務(wù)二20
2019-07-31 17:22:17.600011+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)三15
2019-07-31 17:22:17.600252+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)一300
2019-07-31 17:22:17.600424+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)三20
2019-07-31 17:22:17.600626+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)一400
2019-07-31 17:22:17.600784+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)三25
2019-07-31 17:22:17.601275+0800 ArrayTest[14396:408596] 任務(wù)二30
2019-07-31 17:22:17.601423+0800 ArrayTest[14396:408596] 任務(wù)二40
2019-07-31 17:22:17.601702+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)0-------
2019-07-31 17:22:17.601942+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)5-------
2019-07-31 17:22:17.602155+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)10-------
2019-07-31 17:22:17.602368+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)15-------
2019-07-31 17:22:17.602592+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)20-------
2019-07-31 17:22:17.602798+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)25-------
2019-07-31 17:22:17.603012+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)30-------
2019-07-31 17:22:17.616610+0800 ArrayTest[14396:408489] -------同步barrier的任務(wù)35-------
2019-07-31 17:22:17.616736+0800 ArrayTest[14396:408489] 外面的任務(wù)
2019-07-31 17:22:17.616874+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)六0
2019-07-31 17:22:17.616899+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)四0
2019-07-31 17:22:17.617111+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)六1
2019-07-31 17:22:17.617199+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)四1
2019-07-31 17:22:17.617345+0800 ArrayTest[14396:408598] 任務(wù)六2
2019-07-31 17:22:17.617427+0800 ArrayTest[14396:408597] 任務(wù)四2
再使用dispatch_barrier_async
// 這里使用異步柵欄函數(shù)
dispatch_barrier_async(concurrent_queue, ^{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
if (i % 5 == 0) {
NSLog(@"-------異步barrier的任務(wù)%d-------",i);
}
}
});
打印結(jié)果如下:
2019-07-31 17:25:28.130839+0800 ArrayTest[14457:413975] 任務(wù)一0
2019-07-31 17:25:28.130846+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)三0
2019-07-31 17:25:28.130839+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)二0
2019-07-31 17:25:28.131042+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)三5
2019-07-31 17:25:28.131067+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)二10
2019-07-31 17:25:28.131043+0800 ArrayTest[14457:413975] 任務(wù)一100
2019-07-31 17:25:28.131130+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)三10
2019-07-31 17:25:28.131157+0800 ArrayTest[14457:413975] 任務(wù)一200
2019-07-31 17:25:28.131172+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)二20
2019-07-31 17:25:28.131238+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)三15
2019-07-31 17:25:28.130880+0800 ArrayTest[14457:413837] 外面的任務(wù)
2019-07-31 17:25:28.131664+0800 ArrayTest[14457:413975] 任務(wù)一300
2019-07-31 17:25:28.131828+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)三20
2019-07-31 17:25:28.131980+0800 ArrayTest[14457:413975] 任務(wù)一400
2019-07-31 17:25:28.132137+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)三25
2019-07-31 17:25:28.132620+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)二30
2019-07-31 17:25:28.132911+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)二40
2019-07-31 17:25:28.133144+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)0-------
2019-07-31 17:25:28.133334+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)5-------
2019-07-31 17:25:28.133543+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)10-------
2019-07-31 17:25:28.133761+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)15-------
2019-07-31 17:25:28.133959+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)20-------
2019-07-31 17:25:28.134183+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)25-------
2019-07-31 17:25:28.140504+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)30-------
2019-07-31 17:25:28.140658+0800 ArrayTest[14457:413986] -------異步barrier的任務(wù)35-------
2019-07-31 17:25:28.140785+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)四0
2019-07-31 17:25:28.140788+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)六0
2019-07-31 17:25:28.140883+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)四1
2019-07-31 17:25:28.140892+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)六1
2019-07-31 17:25:28.140961+0800 ArrayTest[14457:413986] 任務(wù)四2
2019-07-31 17:25:28.140987+0800 ArrayTest[14457:413977] 任務(wù)六2
實現(xiàn)線程安全的數(shù)組
通過上面的知識點可以知道矫膨,一個用nonatomic修飾的數(shù)組成員變量差凹,它的線程訪問是不受限制的,當(dāng)然我們也已經(jīng)知道用atomic修飾也并不合適侧馅,因為線程訪問得到的值依然不夠準確危尿。
那要實現(xiàn)線程安全的數(shù)組,該怎么辦呢馁痴?使用dispatch_barrier函數(shù)可以解決谊娇。
將數(shù)組的寫(插入、修改罗晕、刪除)操作放進隊列中dispatch_barrier函數(shù)中济欢,這樣當(dāng)進行寫的操作時,會先等待前面的讀的任務(wù)完成后再執(zhí)行寫操作;而且后面的讀任務(wù)也要等待dispatch_barrier中的寫操作執(zhí)行完成后才會被執(zhí)行小渊。
代碼
創(chuàng)建一個類給它添加一個可變數(shù)組的成員變量法褥,給這個類添加訪問數(shù)組成員變量的所有方法。不多說酬屉,看代碼:
.h文件
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface ZHMutableArray : NSObject
// 讀取數(shù)組
- (NSMutableArray *)array;
//判斷是否包含對象
- (BOOL)containsObject:(id)anObject;
//集合元素數(shù)量
- (NSUInteger)count;
//獲取元素
- (id)objectAtIndex:(NSUInteger)index;
//枚舉元素
- (NSEnumerator *)objectEnumerator;
//插入
- (void)insertObject:(id)anObject atIndex:(NSUInteger)index;
//添加
- (void)addObject:(id)anObject;
//移除
- (void)removeObjectAtIndex:(NSUInteger)index;
//移除
- (void)removeObject:(id)anObject;
//移除
- (void)removeLastObject;
//替換
- (void)replaceObjectAtIndex:(NSUInteger)index withObject:(id)anObject;
//獲取索引
- (NSUInteger)indexOfObject:(id)anObject;
@end
.m文件
凡涉及更改數(shù)組中元素的操作半等,使用異步柵欄塊;讀取數(shù)據(jù)使用 同步+并行隊列
#import "ZHMutableArray.h"
@interface ZHMutableArray()
@property (nonatomic,strong)dispatch_queue_t concurrentQueue;
@property (nonatomic,strong)NSMutableArray *arr;
@end
@implementation ZHMutableArray
-(instancetype)init{
self = [super init];
if (self) {
NSString *identifier = [NSString stringWithFormat:@"<ZHMutableArray>%p",self];
self.concurrentQueue = dispatch_queue_create([identifier UTF8String], DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
self.arr = [NSMutableArray array];
}
return self;
}
- (NSMutableArray *)array
{
__block NSMutableArray *safeArray;
dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
safeArray = self.arr;
});
return safeArray;
}
- (BOOL)containsObject:(id)anObject
{
__block BOOL isExist = NO;
dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
isExist = [self.arr containsObject:anObject];
});
return isExist;
}
- (NSUInteger)count
{
__block NSUInteger count;
dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
count = self.arr.count;
});
return count;
}
- (id)objectAtIndex:(NSUInteger)index
{
__block id obj;
dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
if (index < [self.arr count]) {
obj = self.arr[index];
}
});
return obj;
}
- (NSEnumerator *)objectEnumerator
{
__block NSEnumerator *enu;
dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
enu = [self.arr objectEnumerator];
});
return enu;
}
- (void)insertObject:(id)anObject atIndex:(NSUInteger)index
{
dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
if (anObject && index < [self.arr count]) {
[self.arr insertObject:anObject atIndex:index];
}
});
}
- (void)addObject:(id)anObject
{
dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
if(anObject){
[self.arr addObject:anObject];
}
});
}
- (void)removeObjectAtIndex:(NSUInteger)index
{
dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
if (index < [self.arr count]) {
[self.arr removeObjectAtIndex:index];
}
});
}
- (void)removeObject:(id)anObject
{
dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
[self.arr removeObject:anObject];//外邊自己判斷合法性
});
}
- (void)removeLastObject
{
dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
[self.arr removeLastObject];
});
}
- (void)replaceObjectAtIndex:(NSUInteger)index withObject:(id)anObject
{
dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
if (anObject && index < [self.arr count]) {
[self.arr replaceObjectAtIndex:index withObject:anObject];
}
});
}
- (NSUInteger)indexOfObject:(id)anObject
{
__block NSUInteger index = NSNotFound;
dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
for (int i = 0; i < [self.arr count]; i ++) {
if ([self.arr objectAtIndex:i] == anObject) {
index = i;
break;
}
}
});
return index;
}
- (void)dealloc
{
if (_concurrentQueue) {
_concurrentQueue = NULL;
}
}
這樣一個線程安全的數(shù)組就創(chuàng)建完成呐萨。
其他
針對網(wǎng)上一些博客說杀饵,使用atomic修飾的屬性,在訪問時會出現(xiàn)效率很低的情況谬擦,個人研究了下凹髓,覺得這事不靠譜,不知道讀者有沒有辦法證明這個觀點怯屉。
看下面的代碼:
首先在.m文件中聲明兩個私有屬性
@property (nonatomic,strong)ZHMutableArray *array;
@property (atomic,strong)NSMutableArray *tempAarray;
然后蔚舀,往兩個集合加入相同數(shù)量相同的值
self.array = [[ZHMutableArray alloc] init];
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"%d",i];
[self.array addObject:str];
}
//
self.tempAarray = [[NSMutableArray alloc] init];
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
[self.tempAarray addObject:[NSString stringWithFormat:@"%d",i]];
}
最后執(zhí)行數(shù)組的訪問
// tempArray的訪問
dispatch_queue_t queue_t00 = dispatch_queue_create("dispatch_queue00", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_queue_t queue_t01 = dispatch_queue_create("dispatch_queue01", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
CFAbsoluteTime currentTime0 = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
dispatch_apply(5000, queue_t00, ^(size_t index0) {
NSLog(@"%@",[self.tempAarray objectAtIndex:index0]);
});
dispatch_apply(5000, queue_t01, ^(size_t index0) {
NSLog(@"%@",[self.tempAarray objectAtIndex:index0+4999]);
});
CFAbsoluteTime totalTime0 = CFAbsoluteTimeGetCurrent() - currentTime0;
// array的訪問
dispatch_queue_t queue_t10 = dispatch_queue_create("dispatch_queue10", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_queue_t queue_t11 = dispatch_queue_create("dispatch_queue11", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
CFAbsoluteTime currentTime1 = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
dispatch_apply(5000, queue_t10, ^(size_t index1) {
NSLog(@"%@",[self.array objectAtIndex:index1]);
});
dispatch_apply(5000, queue_t11, ^(size_t index1) {
NSLog(@"%@",[self.array objectAtIndex:index1 + 4999]);
});
CFAbsoluteTime totalTime1 = CFAbsoluteTimeGetCurrent() - currentTime1;
// 兩個訪問時間對比
NSLog(@"totalTime0:%f - totalTime1:%f",totalTime0,totalTime1);
打印結(jié)果如下:
第一次:totalTime0:2.519118 - totalTime1:2.448710
第二次:totalTime0:2.249565 - totalTime1:2.966130
第三次:totalTime0:2.374601 - totalTime1:2.334822
第四次:totalTime0:2.824524 - totalTime1:2.441588
第五次:totalTime0:2.092460 - totalTime1:2.245025
通過上面的數(shù)據(jù)可以看到饵沧,在執(zhí)行效率上并沒有想象中的那么大的差別。