iOS開發(fā)中的鎖
本人對鎖沒有深入理解，只是看了幾篇文章混槐，在這里做一下簡單的總結(jié)戈锻。
iOS開發(fā)中歼跟，鎖是用來解決線程安全的問題的工具。那么線程安全是什么格遭？
線程安全
線程安全：多線程操作共享數(shù)據(jù)的時候哈街，如果出現(xiàn)了意想不到的結(jié)果，就是線程不安全拒迅。反之就是線程安全骚秦；
或者這么說是不是更容易聽懂，多個線程同時對一個數(shù)據(jù)進行修改的時候璧微，如果不能保證多個線程的執(zhí)行順序作箍，就會出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，這個時候就線程不安全了前硫。
貌似怎么說都不行了蒙揣，那么就舉個例子吧；
- (void)threadNotSafe {
__block NSInteger total = 0;
for (NSInteger index = 0; index < 3; index++) {
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
total += 1;
NSLog(@"total: %ld", total);
total -= 1;
NSLog(@"total: %ld", total);
});
}
}
/*
第一次打印結(jié)果
2019-05-06 11:04:33.937462+0800 DCLockStudy[5270:410073] total: 1
2019-05-06 11:04:33.937462+0800 DCLockStudy[5270:410074] total: 2
2019-05-06 11:04:33.937466+0800 DCLockStudy[5270:410075] total: 3
2019-05-06 11:04:33.937617+0800 DCLockStudy[5270:410075] total: 2
2019-05-06 11:04:33.937617+0800 DCLockStudy[5270:410073] total: 1
2019-05-06 11:04:33.937617+0800 DCLockStudy[5270:410074] total: 2
第二次打印結(jié)果
2019-05-06 11:06:50.198993+0800 DCLockStudy[5320:416449] total: 1
2019-05-06 11:06:50.198994+0800 DCLockStudy[5320:416450] total: 2
2019-05-06 11:06:50.199020+0800 DCLockStudy[5320:416452] total: 3
2019-05-06 11:06:50.199187+0800 DCLockStudy[5320:416450] total: 2
2019-05-06 11:06:50.199187+0800 DCLockStudy[5320:416449] total: 1
2019-05-06 11:06:50.199253+0800 DCLockStudy[5320:416452] total: 0
*/
上面這段代碼开瞭，分別執(zhí)行兩次懒震，打印結(jié)果不一樣。也就是不能確定代碼執(zhí)行順序和執(zhí)行結(jié)果嗤详，是線程不安全的个扰；
再看下面這段代碼
- (void)threadSafe {
__block NSInteger total = 0;
NSLock *myLock = [[NSLock alloc]init];
for (NSInteger index = 0; index < 3; index++) {
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
[myLock lock];
total += 1;
NSLog(@"total: %ld", total);
total -= 1;
NSLog(@"total: %ld", total);
[myLock unlock];
});
}
}
/*
第一次打印結(jié)果
2019-05-06 11:10:03.678707+0800 DCLockStudy[5351:422830] total: 1
2019-05-06 11:10:03.678872+0800 DCLockStudy[5351:422830] total: 0
2019-05-06 11:10:03.678978+0800 DCLockStudy[5351:422829] total: 1
2019-05-06 11:10:03.679057+0800 DCLockStudy[5351:422829] total: 0
2019-05-06 11:10:03.679189+0800 DCLockStudy[5351:422828] total: 1
2019-05-06 11:10:03.679286+0800 DCLockStudy[5351:422828] total: 0
第二次打印結(jié)果
2019-05-06 11:14:52.524955+0800 DCLockStudy[5406:431979] total: 1
2019-05-06 11:14:52.525092+0800 DCLockStudy[5406:431979] total: 0
2019-05-06 11:14:52.525224+0800 DCLockStudy[5406:431980] total: 1
2019-05-06 11:14:52.525303+0800 DCLockStudy[5406:431980] total: 0
2019-05-06 11:14:52.525413+0800 DCLockStudy[5406:431978] total: 1
2019-05-06 11:14:52.525511+0800 DCLockStudy[5406:431978] total: 0
*/
兩次打印結(jié)果一樣，為什么呢葱色？因為加了鎖递宅，哈哈哈；那么接下來我們來簡單說一下鎖；
鎖的幾個的定義
臨界區(qū)：每個進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)办龄，每次只允許一個進程進入臨界區(qū)烘绽，進入后不允許其他進程進入。
互斥鎖：用于保護臨界區(qū)俐填，確保同一時間只有一個線程訪問數(shù)據(jù)安接。對共享資源的訪問，先對互斥量進行加鎖英融，如果互斥量已經(jīng)上鎖盏檐，調(diào)用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖驶悟。在完成了對共享資源的訪問后胡野，要對互斥量進行解鎖。
接下來主要講幾種鎖：自旋鎖OSSpinLock痕鳍、信號量硫豆、pthread_mutex、NSLock笼呆、NSCondition熊响、NSRecursiveLock、NSConditionLock抄邀、@synchronized耘眨。這里參考了深入理解iOS開發(fā)中的鎖昼榛；
然后這些鎖我在學(xué)習(xí)過程中寫了一個簡單的demo境肾，里面有他們的使用方法；
自旋鎖OSSpinLock
自旋鎖與互斥鎖類似胆屿，它不是通過休眠使進程阻塞奥喻，而是在獲取鎖之前一直處于忙等(自旋)阻塞狀態(tài)。一般用于鎖持有的時間短非迹，而且線程并不希望在重新調(diào)度上花太多的成本环鲤。
自旋鎖與互斥鎖的區(qū)別：線程在申請自旋鎖的時候，線程不會被掛起憎兽，而是處于忙等的狀態(tài)冷离。
我所知道的自旋鎖只有OSSpinLock，不過YY大神已經(jīng)說過OSSpinLock不再安全了纯命，因此這里不做過多的介紹西剥，如果有興趣可以去看不再安全的 OSSpinLock;
信號量
dispatch_semaphore的實現(xiàn)原理和自旋鎖不一樣，是根據(jù)信號量判斷的亿汞，首先會將信號量-1瞭空，并判斷是否大于等于0，如果是，則返回0咆畏，并繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼南捂，否則，使線程進入睡眠狀態(tài)旧找，讓出cpu時間溺健。直到信號量大于0或者超時，則線程會被重新喚醒執(zhí)行后續(xù)操作钦讳。
使用方法如下
- (void)__dispatch_semaphore{
/**
dispatch_semaphore_create(1)： 傳入值必須 >=0, 若傳入為 0 則阻塞線程并等待timeout,時間到后會執(zhí)行其后的語句
dispatch_semaphore_wait(signal, overTime)：可以理解為 lock,會使得 signal 值 -1
dispatch_semaphore_signal(signal)：可以理解為 unlock,會使得 signal 值 +1
停車場剩余4個車位矿瘦，那么即使同時來了四輛車也能停的下。如果此時來了五輛車愿卒，那么就有一輛需要等待缚去。
信號量的值（signal）就相當(dāng)于剩余車位的數(shù)目，dispatch_semaphore_wait 函數(shù)就相當(dāng)于來了一輛車琼开，dispatch_semaphore_signal 就相當(dāng)于走了一輛車易结。停車位的剩余數(shù)目在初始化的時候就已經(jīng)指明了（dispatch_semaphore_create（long value）），調(diào)用一次 dispatch_semaphore_signal柜候，剩余的車位就增加一個搞动；調(diào)用一次dispatch_semaphore_wait 剩余車位就減少一個；當(dāng)剩余車位為 0 時渣刷，再來車（即調(diào)用 dispatch_semaphore_wait）就只能等待鹦肿。有可能同時有幾輛車等待一個停車位。有些車主沒有耐心辅柴，給自己設(shè)定了一段等待時間箩溃，這段時間內(nèi)等不到停車位就走了，如果等到了就開進去停車碌嘀。而有些車主就像把車停在這涣旨，所以就一直等下去。
*/
dispatch_semaphore_t signal = dispatch_semaphore_create(1);//傳入值必須>=0;如果傳入0股冗，
dispatch_time_t overTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,2.0f * NSEC_PER_SEC);
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
NSLog(@"線程1等待中霹陡。。止状。");
dispatch_semaphore_wait(signal, overTime);
NSLog(@"線程1");
sleep(1);
dispatch_semaphore_signal(signal);
NSLog(@"線程1發(fā)送信號");
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
NSLog(@"線程2等待中烹棉。。怯疤。");
dispatch_semaphore_wait(signal, overTime);
NSLog(@"線程2");
sleep(1);
dispatch_semaphore_signal(signal);
NSLog(@"線程2發(fā)送信號");
});
}
pthread_mutex
pthread_mutex 表示互斥鎖浆洗。互斥鎖的實現(xiàn)原理與信號量非常相似旅薄，不是使用忙等辅髓，而是阻塞線程并睡眠泣崩，需要進行上下文切換。
使用方法如下：
- (void)__pthread_mutex_t{
/**
聲明 pthread_mutex_t pMutex;
創(chuàng)建一個互斥鎖pthread_mutex_init(&pMutex,PTHREAD_MUTEX_NORMAL);
PTHREAD_MUTEX_NORMAL 缺省類型洛口，也就是普通鎖矫付。當(dāng)一個線程加鎖以后，其余請求鎖的線程將形成一個等待隊列第焰，并在解鎖后先進先出原則獲得鎖买优。
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 檢錯鎖，如果同一個線程請求同一個鎖挺举，則返回 EDEADLK杀赢，否則與普通鎖類型動作相同。這樣就保證當(dāng)不允許多次加鎖時不會出現(xiàn)嵌套情況下的死鎖湘纵。
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 遞歸鎖脂崔，允許同一個線程對同一個鎖成功獲得多次，并通過多次 unlock 解鎖梧喷。
PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 適應(yīng)鎖砌左，動作最簡單的鎖類型，僅等待解鎖后重新競爭铺敌，沒有等待隊列汇歹。
加鎖 pthread_mutex_lock(&pMutex);
解鎖 pthread_mutex_unlock(&pMutex);
*/
//線程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
NSLog(@"線程1加鎖");
pthread_mutex_lock(&pMutex);
sleep(1);
NSLog(@"線程1");
pthread_mutex_unlock(&pMutex);
NSLog(@"線程1解鎖");
});
//線程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
sleep(1); //保證線程1先加鎖
NSLog(@"線程2加鎖");
pthread_mutex_lock(&pMutex);
NSLog(@"線程2");
pthread_mutex_unlock(&pMutex);
NSLog(@"線程2解鎖");
});
}
pthread_mutex 還支持遞歸鎖，只要將類型設(shè)置為PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE就可以偿凭。
NSLock
NSLock是OC以對象的形式暴露給開發(fā)者的一種鎖产弹，其實NSLock只是在內(nèi)部封裝了一個pthread_mutex,屬性為PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK,它會損失一定性能換來錯誤提示。
使用方法如下：
NSLock *lock = [NSLock new];
[lock lock];
//需要執(zhí)行的代碼
[lock unlock];
NSLock遵守了NSLocking協(xié)議弯囊，NSLocking協(xié)議其實很簡單痰哨，只需要滿足兩個方法
@protocol NSLocking
- (void)lock;
- (void)unlock;
@end
在這個基礎(chǔ)上，NSLock還自己提供兩個方法
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
tryLock嘗試獲取鎖常挚，如果這個時候作谭，別的線程添加了鎖稽物，則返回NO奄毡，不會阻塞線程;lockBeforeDate嘗試在某個時間之前獲取鎖，如果在這個時間內(nèi)沒有獲取到鎖則返回NO贝或，不會阻塞線程;
NSCondition
NSCondition其實是通過封裝了一個互斥鎖和條件變量吼过，把互斥鎖的lock方法和條件變量的wait/signal統(tǒng)一在NSCondition對象中，暴露給使用者咪奖。
NSCondition的加鎖過程和NSLock幾乎一致盗忱，耗時上應(yīng)該差不多。
使用方法如下：
- (void)__NSCondition{
/** 條件變量
wait：進入等待狀態(tài)
waitUntilDate:：讓一個線程等待一定的時間
signal：喚醒一個等待的線程
broadcast：喚醒所有等待的線程
*/
//線程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
[self.condition lock];
NSLog(@"線程1獲取到鎖羊赵，并進入等待狀態(tài)");
[self.condition wait];
NSLog(@"線程1等待完成");
[self.condition unlock];
NSLog(@"線程1解鎖");
});
//線程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
[self.condition lock];
NSLog(@"線程2獲取到鎖趟佃，并進入等待狀態(tài)");
[self.condition wait];
NSLog(@"線程2等待完成");
[self.condition unlock];
NSLog(@"線程2解鎖");
});
//線程3
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
sleep(1);
NSLog(@"線程3扇谣，喚醒一個等待線程");
[self.condition signal];
sleep(2);
NSLog(@"線程3，喚醒所有等待線程");
[self.condition broadcast];
});
}
NSConditionLock
NSConditionLock 借助 NSCondition 來實現(xiàn)闲昭，它的本質(zhì)就是一個生產(chǎn)者-消費者模型罐寨。“條件被滿足”可以理解為生產(chǎn)者提供了新的內(nèi)容序矩。NSConditionLock 的內(nèi)部持有一個 NSCondition 對象鸯绿，以及 _condition_value 屬性，在初始化時就會對這個屬性進行賦值簸淀。
使用方法如下：
- (void)__NSConditionLock{
/**條件鎖 NSConditionLock
因為遵守了NSLocking協(xié)議瓶蝴，所以可以無條件加鎖lock，
*/
dispatch_queue_t conditionLockQueue = dispatch_queue_create("conditionLockQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
//線程1
dispatch_async(conditionLockQueue, ^{
NSLog(@"進入線程1租幕，添加條件鎖 = 2舷手，如果condition != 2,則線程阻塞");
[self.conditionLock lockWhenCondition:2];
NSLog(@"線程1加鎖成功，lockWhenCondition:2");
[self.conditionLock unlock];
NSLog(@"線程1解鎖鎖成功劲绪，unlockWithCondition:1");
});
//線程2
dispatch_async(conditionLockQueue, ^{
sleep(1); //保證線程3先執(zhí)行
NSLog(@"進入線程2聚霜，嘗試添加條件鎖 = 1");
if([self.conditionLock tryLockWhenCondition:1]){
NSLog(@"線程2加鎖成功，lockWhenCondition:1");
[self.conditionLock unlockWithCondition:2];
NSLog(@"線程2解鎖成功珠叔，unlockWithCondition:1");
}else{
NSLog(@"線程2加鎖失敗");
}
});
//線程3
dispatch_async(conditionLockQueue, ^{
// sleep(1); //保證線程2先執(zhí)行
NSLog(@"進入線程3蝎宇，嘗試添加條件鎖 = 0");
if([self.conditionLock tryLockWhenCondition:0]){
NSLog(@"線程3加鎖成功，lockWhenCondition:0");
[self.conditionLock unlockWithCondition:1];
NSLog(@"線程3解鎖成功祷安，unlockWithCondition:1");
}else{
NSLog(@"線程3加鎖失敗");
}
});
/** 先進入線程1姥芥，條件不滿足，線程1阻塞汇鞭，
進入線程3凉唐，線程3滿足條件，線程3加鎖霍骄，線程3解鎖并將條件設(shè)置為1台囱；
進入線程2，線程滿足條件读整，線程2加鎖簿训，線程2解鎖，并將條件設(shè)置為2米间；
因為條件為2强品，線程1滿足條件了，線程1不在阻塞屈糊，線程1加鎖的榛，線程1解鎖；
*/
}
NSRecursiveLock
遞歸鎖是通過pthread_mutex_lock函數(shù)來實現(xiàn)的逻锐。
NSRecursiveLock 與 NSLock 的區(qū)別在于內(nèi)部封裝的 pthread_mutex_t 對象的類型不同夫晌，前者的類型為 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE雕薪。
使用方法如下：
- (void)__NSRecursiveLock{
/** NSRecursiveLock遞歸鎖
它可以被同一線程多次請求，但不會引起死鎖晓淀。這主要是用在循環(huán)或者遞歸操作場景中蹦哼。
*/
/** 如果用普通鎖，當(dāng)?shù)诙芜M入遞歸方法時要糊，嘗試加鎖纲熏，但是這個時候該線程還處于鎖定，所以線程阻塞锄俄，相互等待造成死鎖局劲。
所以這個時候可以用一個遞歸鎖，允許同一線程多次請求奶赠，并且不會死鎖鱼填；
NSRecursiveLock 遞歸鎖和NSLock一樣也有tryLock和lockBeforeDate，用法一樣毅戈；
*/
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
static void (^ recursiveMethod)(NSInteger);
recursiveMethod = ^(NSInteger num){
// [self.myLock lock];
[self.recursiveLock lock];
if(num > 0){
num --;
NSLog(@"start num = %ld, mutableArray[0] = %@",num,self.mutableArray[0]);
sleep(1);
[self.mutableArray replaceObjectAtIndex:0 withObject:[NSString stringWithFormat:@"replace = %ld",num]];
NSLog(@"end num = %ld, mutableArray[0] = %@",num,self.mutableArray[0]);
recursiveMethod(num);
}
// [self.myLock unlock];
[self.recursiveLock unlock];
};
recursiveMethod(5);
});
}
@synchronized
這其實是一個OC層面的鎖苹丸，主要通過犧牲新能來換取語法上的簡潔與可讀。
我們知道 @synchronized 后面需要緊跟一個 OC 對象苇经，它實際上是把這個對象當(dāng)做鎖來使用赘理。這是通過一個哈希表來實現(xiàn)的，OC 在底層使用了一個互斥鎖的數(shù)組(你可以理解為鎖池)扇单，通過對對象去哈希值來得到對應(yīng)的互斥鎖商模。
具體實現(xiàn)原理可以參考 關(guān)于 @synchronized，這兒比你想知道的還要多蜘澜。
[demo]
這是我自己學(xué)習(xí)的時候?qū)懙囊粋€demo施流，是各種鎖的使用。上面的代碼基本都是這個demo的代碼鄙信；
參考資料
1瞪醋、深入理解iOS開發(fā)中的鎖
