線程安全
1.線程安全的概念
多條線程同時(shí)工作的情況下,通過運(yùn)用線程鎖,原子性等方法避免多條線程因?yàn)橥瑫r(shí)訪問同一快內(nèi)存造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或沖突.
2.多線程數(shù)據(jù)為什么不安全
每條線程都有自己獨(dú)立的椀菡空間. 但是他們公用了堆. 所以他們可能同時(shí)訪問同一塊內(nèi)存空間. 因此造成數(shù)據(jù)沖突.
3.解決線程安全的方法
線程鎖, 原子性.
補(bǔ)充
線程安全是相對(duì)的概念. 根據(jù)蘋果的文檔, 原子性并不能保證線程安全. 只是相對(duì)運(yùn)用了原子性keyword 的屬性來說是線程安全的. 對(duì)于類來說則不一定.
使用 atomic 一定是線程安全的么?
不是的。
nonatomic的內(nèi)存管理語義是非原子性的苍狰，非原子性的操作本來就是線程不安全的办龄，而atomic的操作是原子性的，但是并不意味著它是線程安全的舞痰，它會(huì)增加正確的幾率土榴，能夠更好的避免線程的錯(cuò)誤，但是它仍然是線程不安全的响牛。
當(dāng)使用nonatomic的時(shí)候玷禽，屬性的setter，getter操作是非原子性的呀打，所以當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)對(duì)某一屬性讀和寫操作時(shí)矢赁，屬性的最終結(jié)果是不能預(yù)測(cè)的。
當(dāng)使用atomic時(shí)贬丛，雖然對(duì)屬性的讀和寫是原子性的撩银，但是仍然可能出現(xiàn)線程錯(cuò)誤：當(dāng)線程A進(jìn)行寫操作，這時(shí)其他線程的讀或者寫操作會(huì)因?yàn)樵摬僮鞫却蜚尽．?dāng)A線程的寫操作結(jié)束后额获，B線程進(jìn)行寫操作，然后當(dāng)A線程需要讀操作時(shí)恭应，卻獲得了在B線程中的值抄邀，這就破壞了線程安全，如果有線程C在A線程讀操作前release了該屬性昼榛，那么還會(huì)導(dǎo)致程序崩潰境肾。所以僅僅使用atomic并不會(huì)使得線程安全，我們還要為線程添加lock來確保線程的安全胆屿。
也就是要注意：atomic所說的線程安全只是保證了getter和setter存取方法的線程安全奥喻，并不能保證整個(gè)對(duì)象是線程安全的。如下列所示：
比如：@property(atomic,strong)NSMutableArray *arr;
如果一個(gè)線程循環(huán)的讀數(shù)據(jù)非迹，一個(gè)線程循環(huán)寫數(shù)據(jù)环鲤，那么肯定會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存問題，因?yàn)檫@和setter憎兽、getter沒有關(guān)系冷离。如使用[self.arr objectAtIndex:index]就不是線程安全的结闸。好的解決方案就是加鎖。
據(jù)說酒朵，atomic要比nonatomic慢大約20倍
探討一下Objective-C中幾種不同方式實(shí)現(xiàn)的鎖，在這之前我們先構(gòu)建一個(gè)測(cè)試用的類扎附，假想它是我們的一個(gè)共享資源蔫耽，method1與method2是互斥的，代碼如下：
@implementationTestObj
- (void)method1?
{
? ? NSLog(@"%@",NSStringFromSelector(_cmd));
}
- (void)method2
{
? ? NSLog(@"%@",NSStringFromSelector(_cmd));
}
@end
1.使用NSLock實(shí)現(xiàn)的鎖
//主線程中
TestObj *obj = [[TestObj alloc] init];
NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
//線程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? [lock lock];
? ? [obj method1];
? ? sleep(10);
? ? [lock unlock];
});
//線程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? sleep(1);//以保證讓線程2的代碼后執(zhí)行
? ? [lock lock];
? ? [obj method2];
? ? [lock unlock];
});
看到打印的結(jié)果了嗎留夜，你會(huì)看到線程1鎖住之后匙铡，線程2會(huì)一直等待走到線程1將鎖置為unlock后，才會(huì)執(zhí)行method2方法碍粥。
NSLock是Cocoa提供給我們最基本的鎖對(duì)象鳖眼，這也是我們經(jīng)常所使用的，除lock和unlock方法外嚼摩，NSLock還提供了tryLock和lockBeforeDate:兩個(gè)方法钦讳，前一個(gè)方法會(huì)嘗試加鎖，如果鎖不可用(已經(jīng)被鎖住)枕面，剛并不會(huì)阻塞線程愿卒，并返回NO。lockBeforeDate:方法會(huì)在所指定Date之前嘗試加鎖潮秘，如果在指定時(shí)間之前都不能加鎖琼开，則返回NO。
2.使用synchronized關(guān)鍵字構(gòu)建的鎖
當(dāng)然在Objective-C中你還可以用@synchronized指令快速的實(shí)現(xiàn)鎖：
//主線程中
TestObj *obj = [[TestObj alloc] init];
//線程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? @synchronized(obj){
? ? ? ? [obj method1];
? ? ? ? sleep(10);
? ? }
});
//線程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? sleep(1);
? ? @synchronized(obj){
? ? ? ? [obj method2];
? ? }
});
@synchronized指令使用的obj為該鎖的唯一標(biāo)識(shí)枕荞，只有當(dāng)標(biāo)識(shí)相同時(shí)柜候，才為滿足互斥，如果線程2中的@synchronized(obj)改為@synchronized(other),剛線程2就不會(huì)被阻塞躏精，@synchronized指令實(shí)現(xiàn)鎖的優(yōu)點(diǎn)就是我們不需要在代碼中顯式的創(chuàng)建鎖對(duì)象渣刷，便可以實(shí)現(xiàn)鎖的機(jī)制，但作為一種預(yù)防措施玉控，@synchronized塊會(huì)隱式的添加一個(gè)異常處理例程來保護(hù)代碼飞主，該處理例程會(huì)在異常拋出的時(shí)候自動(dòng)的釋放互斥鎖。所以如果不想讓隱式的異常處理例程帶來額外的開銷高诺，你可以考慮使用鎖對(duì)象碌识。
3.使用C語言的pthread_mutex_t實(shí)現(xiàn)的鎖
//主線程中
TestObj *obj = [[TestObj alloc] init];
__block pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
//線程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? pthread_mutex_lock(&mutex);
? ? [obj method1];
? ? sleep(5);
? ? pthread_mutex_unlock(&mutex);
});
//線程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? sleep(1);
? ? pthread_mutex_lock(&mutex);
? ? [obj method2];
? ? pthread_mutex_unlock(&mutex);
});
pthread_mutex_t定義在pthread.h，所以記得#include
4.使用GCD來實(shí)現(xiàn)的”鎖”
以上代碼構(gòu)建多線程我們就已經(jīng)用到了GCD的dispatch_async方法虱而，其實(shí)在GCD中也已經(jīng)提供了一種信號(hào)機(jī)制筏餐，使用它我們也可以來構(gòu)建一把”鎖”(從本質(zhì)意義上講，信號(hào)量與鎖是有區(qū)別牡拇，具體差異參考信號(hào)量與互斥鎖之間的區(qū)別):
//主線程中
TestObj *obj = [[TestObj alloc] init];
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
//線程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
? ? [obj method1];
? ? sleep(10);
? ? dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
//線程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? sleep(1);
? ? dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
? ? [obj method2];
? ? dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
5.使用自旋鎖OSSpinLock來實(shí)現(xiàn)的”鎖”
//主線程中
TestObj *obj = [[TestObj alloc] init];
OSSpinLock spinlock = OS_SPINLOCK_INIT;
//線程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? OSSpinLockLock(&spinlock);
? ? [obj method1];
? ? sleep(10);
? ? OSSpinLockUnlock(&spinlock);
});
//線程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{
? ? sleep(1);//以保證讓線程2的代碼后執(zhí)行
? ? OSSpinLockLock(&spinlock);
? ? [obj method2];
? ? OSSpinLockUnlock(&spinlock);
});
一些高級(jí)鎖：詳見Objective-C中不同方式實(shí)現(xiàn)鎖(二)
1.NSRecursiveLock遞歸鎖
2.NSConditionLock條件鎖
3.NSDistributedLock分布式鎖
總結(jié)：
耗時(shí)方面：
OSSpinlock耗時(shí)最少;
pthread_mutex其次魁瞪。
NSLock/NSCondition/NSRecursiveLock 耗時(shí)接近穆律，220ms上下居中。
NSConditionLock最差导俘，我們常用synchronized倒數(shù)第二峦耘。
dispatch_barrier_async也許，性能并不像我們想象中的那么好.推測(cè)與線程同步調(diào)度開銷有關(guān)旅薄。單獨(dú)block耗時(shí)在1ms以下基本上可以忽略不計(jì)的辅髓。
1、@synchronized
內(nèi)部會(huì)創(chuàng)建一個(gè)異常捕獲的handler和其他內(nèi)部使用的鎖少梁。所以會(huì)消耗大量的時(shí)間
2洛口、NSLock 和 NSLock+IMP
兩個(gè)時(shí)間非常接近。他們是pthread mutexes封裝的凯沪，但是創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候需要額外的開銷第焰。
3、pthread_mutex
底層的API妨马，性能比較高挺举。
4、OSSpinLock
自旋鎖幾乎不進(jìn)入內(nèi)核身笤，僅僅是重新加載自旋鎖豹悬。
如果自旋鎖被占用時(shí)間是幾十，上百納秒液荸，性能還是挺高的瞻佛。減少了代價(jià)較高的系統(tǒng)調(diào)用和一系列上下文言切換。
但是娇钱，該鎖不是萬能的;如果該鎖搶占比較多的時(shí)候伤柄，不要使用該鎖。會(huì)占用較多cpu,導(dǎo)致耗電較多文搂。
這種情況下使用pthread_mutex雖然耗時(shí)多一點(diǎn)适刀，但是，避免了電量過多的消耗煤蹭。是不錯(cuò)的選擇笔喉。
