一 多線程的安全隱患
- 資源共享
- 1塊資源可能會(huì)被多個(gè)線程共享苞尝，也就是多個(gè)線程可能會(huì)訪問同一塊資源
- 比如多個(gè)線程訪問同一個(gè)對(duì)象虎忌、同一個(gè)變量硝拧、同一個(gè)文件
當(dāng)多個(gè)線程訪問同一塊資源時(shí)共螺，很容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯(cuò)亂和數(shù)據(jù)安全問題
代碼例子如下
/** 賣1張票 */
- (void)saleTicket {
int oldTicketsCount = self.ticketsCount;
sleep(.2);
oldTicketsCount--;
self.ticketsCount = oldTicketsCount;
NSLog(@"還剩%d張票 - %@", oldTicketsCount, [NSThread currentThread]);
}
/** 賣票演示 */
- (void)ticketTest {
self.ticketsCount = 15;
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
// 窗口一
dispatch_async(queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
[self saleTicket];
}
});
// 窗口二
dispatch_async(queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
[self saleTicket];
}
});
// 窗口三
dispatch_async(queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
[self saleTicket];
}
});
}
執(zhí)行結(jié)果
image.png
多線程安全隱患分析
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二 多線程安全隱患的解決方案
- 解決方案：使用
線程同步技術(shù)（同步该肴，就是協(xié)同步調(diào)，按預(yù)定的先后次序進(jìn)行） - 常見的線程同步技術(shù)是：
加鎖
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三 iOS中的線程同步方案
OSSpinLockos_unfair_lockpthread_mutexdispatch_semaphoredispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)NSLockNSRecursiveLockNSConditionNSConditionLock@synchronized
各種同步方案實(shí)現(xiàn)如下
3.1 OSSpinLock
-
OSSpinLock叫做”自旋鎖”藐不，等待鎖的線程會(huì)處于忙等（busy-wait）狀態(tài)匀哄，一直占用著CPU資源 - 目前已經(jīng)
不再安全秦效，可能會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題 - 如果等待鎖的線程優(yōu)先級(jí)較高，它會(huì)一直
占用著CPU資源拱雏，優(yōu)先級(jí)低的線程就無法釋放鎖 - 需要導(dǎo)入頭文件
#import <libkern/OSAtomic.h> - 重要方法
-
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;初始化鎖 -
bool result = OSSpinLockTry(&_lock);嘗試加鎖(如果需要等待,就不嘗試加鎖,直接返回false,如果不需要等待就加鎖,返回true) -
OSSpinLockLock(&_lock);// 加鎖 -
OSSpinLockUnlock(&_lock);//解鎖
-
代碼例子如下
#import <libkern/OSAtomic.h>
@property (assign, nonatomic) OSSpinLock lock;
// 初始化鎖
self.lock = OS_SPINLOCK_INIT;
/** 賣1張票 */
- (void)saleTicket {
// 加鎖
OSSpinLockLock(&_lock);
int oldTicketsCount = self.ticketsCount;
sleep(.2);
oldTicketsCount--;
self.ticketsCount = oldTicketsCount;
NSLog(@"還剩%d張票 - %@", oldTicketsCount, [NSThread currentThread]);
// 解鎖
OSSpinLockUnlock(&_lock);
}
執(zhí)行結(jié)果
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3.2 os_unfair_lock
-
os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock棉安，從iOS10開始才支持 - 從底層調(diào)用看，等待
os_unfair_lock鎖的線程會(huì)處于休眠狀態(tài)铸抑，并非忙等 - 需要導(dǎo)入頭文件
#import <os/lock.h> - 重要方法
-
os_unfair_lock moneyLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;//初始化 -
os_unfair_lock_trylock(&_ticketLock);// 嘗試加鎖 -
os_unfair_lock_lock(&_ticketLock);// 加鎖 -
os_unfair_lock_unlock(&_ticketLock);// 解鎖
-
3.3 pthread_mutex
-
mutex叫做”互斥鎖”贡耽，等待鎖的線程會(huì)處于休眠狀態(tài) - 需要導(dǎo)入頭文件
#import <pthread.h> - 重要方法
// 初始化屬性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
// 初始化鎖
pthread_mutex_init(mutex, &attr);
// 嘗試加鎖
pthread_mutex_trylock(&_ticketMutex);
// 加鎖
pthread_mutex_lock(&_ticketMutex);
// 解鎖
pthread_mutex_unlock(&_ticketMutex);
// 銷毀屬性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
3.4 pthread_mutex遞歸鎖實(shí)現(xiàn)
- (void)__initMutex:(pthread_mutex_t *)mutex {
// 遞歸鎖：允許同一個(gè)線程對(duì)一把鎖進(jìn)行重復(fù)加鎖
// 初始化屬性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
// 初始化鎖
pthread_mutex_init(mutex, &attr);
// 銷毀屬性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
}
調(diào)用
- (void)otherTest {
pthread_mutex_lock(&_mutex);
NSLog(@"%s", __func__);
static int count = 0;
if (count < 10) {
count++;
[self otherTest];
}
pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}
打印結(jié)果
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3.5 pthread_mutex – 條件
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3.6 NSLock
-
NSLock是對(duì)mutex普通鎖的封裝
重要方法如下
-
NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];初始化 -
[lock lock]加鎖 -
[lock unlock]解鎖
3.7 NSRecursiveLock
-
NSRecursiveLock也是對(duì)mutex遞歸鎖的封裝，API跟NSLock基本一致
3.8 NSCondition
-
NSCondition是對(duì)mutex和cond的封裝
重要方法
@interface NSCondition: NSObject <NSLocking>
- (void)wait; // 等待
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit; // 只等待到什么時(shí)候
- (void)signal; // 發(fā)信號(hào)
- (void)broadcast; // 發(fā)廣播
@end
代碼例子如下
- (void)otherTest {
// remove和add方法不確定誰先執(zhí)行
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__remove) object:nil] start];
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__add) object:nil] start];
}
// 刪除數(shù)組中的元素
- (void)__remove {
[self.condition lock];
NSLog(@"__remove - begin");
if (self.data.count == 0) {
// 等待
[self.condition wait];
}
[self.data removeLastObject];
NSLog(@"刪除了元素");
[self.condition unlock];
}
// 線程2
// 往數(shù)組中添加元素
- (void)__add {
[self.condition lock];
sleep(1);
[self.data addObject:@"Test"];
NSLog(@"添加了元素");
// 信號(hào)
NSLog(@"發(fā)出信號(hào)");
[self.condition signal];
// 廣播
// [self.condition broadcast];
sleep(2);
[self.condition unlock];
}
運(yùn)行結(jié)果
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更改執(zhí)行順序
// 往數(shù)組中添加元素
- (void)__add {
[self.condition lock];
sleep(1);
[self.data addObject:@"Test"];
NSLog(@"添加了元素");
[self.condition unlock];
sleep(2);
// 信號(hào)
NSLog(@"發(fā)出信號(hào)");
[self.condition signal];
// 廣播
// [self.condition broadcast];
}
運(yùn)行結(jié)果
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wait不僅僅需要接受到信號(hào)后才能執(zhí)行鹊汛，而且必須具備加鎖條件蒲赂，這個(gè)時(shí)候才會(huì)接著往下執(zhí)行。
3.9 NSConditionLock
-
NSConditionLock是對(duì)NSCondition的進(jìn)一步封裝刁憋，可以設(shè)置具體的條件值
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代碼例子如下
@property (strong, nonatomic) NSConditionLock *conditionLock;
- (instancetype)init {
if (self = [super init]) {
// [[NSConditionLock alloc] init]; // 默認(rèn)為0
self.conditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:1];
}
return self;
}
- (void)otherTest {
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__one) object:nil] start];
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__two) object:nil] start];
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__three) object:nil] start];
}
- (void)__one {
[self.conditionLock lockWhenCondition:1];
NSLog(@"__one");
sleep(1);
[self.conditionLock unlockWithCondition:2];
}
- (void)__two {
[self.conditionLock lockWhenCondition:2];
NSLog(@"__two");
sleep(1);
[self.conditionLock unlockWithCondition:3];
}
- (void)__three {
[self.conditionLock lockWhenCondition:3];
NSLog(@"__three");
[self.conditionLock unlock];
}
執(zhí)行結(jié)果
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3.10 dispatch_queue
- 直接使用
GCD的串行隊(duì)列滥嘴，也是可以實(shí)現(xiàn)線程同步的
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代碼例子如下
@property (strong, nonatomic) dispatch_queue_t ticketQueue;
self.ticketQueue = dispatch_queue_create("ticketQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
- (void)__saleTicket {
dispatch_sync(self.ticketQueue, ^{
[super __saleTicket];
});
}
3.10 dispatch_semaphore
-
nsemaphore叫做信號(hào)量 - 信號(hào)量的初始值，可以用來控制線程并發(fā)訪問的
最大數(shù)量 - 信號(hào)量的初始值為1至耻，代表同時(shí)只允許1條線程訪問資源若皱，保證線程同步
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代碼例子如下
@property (strong, nonatomic) dispatch_semaphore_t ticketSemaphore;
@property (strong, nonatomic) dispatch_semaphore_t moneySemaphore;
self.ticketSemaphore = dispatch_semaphore_create(1);
self.moneySemaphore = dispatch_semaphore_create(1);
- (void)__drawMoney {
dispatch_semaphore_wait(self.moneySemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
[super __drawMoney];
dispatch_semaphore_signal(self.moneySemaphore);
}
- (void)__saveMoney {
dispatch_semaphore_wait(self.moneySemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
[super __saveMoney];
dispatch_semaphore_signal(self.moneySemaphore);
}
- (void)__saleTicket {
dispatch_semaphore_wait(self.ticketSemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
[super __saleTicket];
dispatch_semaphore_signal(self.ticketSemaphore);
}
3.11 @synchronized
-
@synchronized是對(duì)mutex遞歸鎖的封裝 - 源碼查看：objc4中的
objc-sync.mm文件 -
@synchronized(obj)內(nèi)部會(huì)生成obj對(duì)應(yīng)的遞歸鎖，然后進(jìn)行加鎖尘颓、解鎖操作
@synchronized(obj) {
任務(wù)
}
obj 可以是同一個(gè)實(shí)例對(duì)象走触，類對(duì)象，靜態(tài)變量
代碼例子如下
- (void)__drawMoney {
@synchronized([self class]) {
[super __drawMoney];
}
}
- (void)__saveMoney {
@synchronized([self class]) { // objc_sync_enter
[super __saveMoney];
} // objc_sync_exit
}
- (void)__saleTicket {
static NSObject *lock;
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
lock = [[NSObject alloc] init];
});
@synchronized(lock) {
[super __saleTicket];
}
}
// 遞歸鎖 - 可以遞歸
- (void)otherTest {
@synchronized([self class]) {
NSLog(@"123");
[self otherTest];
}
}
四 iOS線程同步方案性能比較
性能從高到低排序
os_unfair_lockOSSpinLockdispatch_semaphorepthread_mutexdispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)NSLockNSConditionpthread_mutex(recursive)NSRecursiveLockNSConditionLock@synchronized
五自旋鎖疤苹、互斥鎖比較
什么情況使用自旋鎖比較劃算互广？
- 預(yù)計(jì)線程等待鎖的時(shí)間很短
- 加鎖的代碼（臨界區(qū)）經(jīng)常被調(diào)用，但競(jìng)爭(zhēng)情況很少發(fā)生
- CPU資源不緊張
- 多核處理器
什么情況使用互斥鎖比較劃算卧土？
- 預(yù)計(jì)線程等待鎖的時(shí)間較長(zhǎng)
- 單核處理器
- 臨界區(qū)有IO操作
- 臨界區(qū)代碼復(fù)雜或者循環(huán)量大
- 臨界區(qū)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈
本文參考MJ底層原理教程惫皱，非常感謝MJ老師
