iOS 底層 day20 多線程 隊列組 安全隱患 鎖本質(zhì) 自旋鎖

一藐窄、多線程和 RunLoop 的碰撞

1. 請問下面的代碼，點擊頁面后打印順序是什么？
代碼
  • 打印 1 2 3
2. 請問下面的代碼氓鄙，點擊頁面后打印順序是什么？
代碼
  • 打印 1 3
  • 為什么 2 沒有被打印呢业舍？請繼續(xù)往下閱讀抖拦，尋找答案
3. -performSelector:withObject 的本質(zhì)
objc 源碼
  • 從蘋果開源的 objc 源碼中升酣，我們發(fā)現(xiàn) -performSelector:withObject 的本質(zhì)其實就是消息發(fā)送。
  • 所以 題目中的 [self performSelector:@selector(test) withObject:nil] 等價于 [self test]
  • 因此态罪，打印 1 2 3 就得到了解釋
4. GNUstep 是什么噩茄？
  • GNUstep 是 GNU 計劃的項目之一，它將 Cocoa 的 OC 庫重新開源實現(xiàn)了一遍
  • 源碼地址：http://gnustep.org/resources/downloads.php
  • 雖然 GNUstep 不是蘋果官方源碼复颈，但還是具有一定的參考價值
5. -performSelector:withObject:afterDelay: 的本質(zhì)

  • 我們從 Xcode 中進(jìn)入 -performSelector:withObject:afterDelay: 的方法說明绩聘，發(fā)現(xiàn)它屬于 NSRunLoop.h 文件下，而蘋果對于這部分代碼是不開源的耗啦。

  • 我們從 GNUstep 可以找到其實現(xiàn)凿菩，大致如下：

`-performSelector:withObject:afterDelay:` 的本質(zhì)

  • 因此可以解答我們上述問題 2 的疑惑，隊列 queue 中沒有啟動 RunLoop帜讲，所以定時器不會生效衅谷。

  • 我們可以嘗試添加 [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]]; 運行，就會打印 1 2 3 了(順序一定是 1 2 3舒帮，想不通的可以嘗試思考下喲)会喝。

  • 同時，我們思維拓展一下玩郊，在子線程調(diào)用 [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:0 repeats:NO block:^(NSTimer * _Nonnull timer) { NSLog(@"2"); }]; 如果沒有啟動子線程的 RunLoop 也是會無效的喲

6. 鞏固練習(xí)肢执，下面代碼會發(fā)生什么？
題目
  • 會打印 1 译红，然后程序在 perform 語句 發(fā)生崩潰预茄，因為沒有 RunLoop 的支持，thread 很快就退出銷毀了侦厚。

二耻陕、GCD 隊列組

1. 代碼實現(xiàn)：任務(wù)1 和任務(wù)2 異步并發(fā)執(zhí)行，等任務(wù)1 和任務(wù)2 執(zhí)行完畢刨沦，回到主線程執(zhí)行 任務(wù)3
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)1 %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)2 %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        for (int i = 0 ; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)3 %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
}
2. 代碼實現(xiàn)：任務(wù)1 和任務(wù)2 異步并發(fā)執(zhí)行诗宣，等任務(wù)1 和任務(wù)2 執(zhí)行完畢，并發(fā)執(zhí)行 任務(wù)3 和任務(wù)4
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)1 %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)2 %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)3 %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)4 %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
}

三想诅、多線程安全隱患

1. 多線程安全隱患經(jīng)典例子之一：存取取錢
存取取錢問題展示
2. 多線程安全隱患經(jīng)典例子之二：賣票
賣票
3. 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)（同步召庞，就是協(xié)同步調(diào)，按照預(yù)定先后次序進(jìn)行）
  • 常見的線程同步技術(shù)是：加鎖
加鎖

四来破、多線程同步與鎖的本質(zhì)

1. 為什么需要鎖篮灼？
  • 當(dāng)多個線程共享同一塊內(nèi)存區(qū)域時，我們需要保證任何一個線程在訪問這塊內(nèi)存時徘禁，所看到的內(nèi)容是穩(wěn)定的诅诱。如果所有的線程對這塊內(nèi)存的訪問都只是讀取，那么我們就不需要采取額外措施送朱。
  • 但哪怕其中有一個線程會修改這塊內(nèi)存娘荡，那我們就要對這個線程進(jìn)行同步干旁。之所以要這么做是因為修改內(nèi)存的操作往往都不是原子操作，而是分成多個時鐘周期炮沐，一個線程對內(nèi)存的操作可能在任何一個周期被另一個線程打斷疤孕，從而導(dǎo)致這塊內(nèi)存的內(nèi)容不穩(wěn)定。
  • 所謂線程同步央拖，也就是說當(dāng)好幾個線程對這一塊內(nèi)存操作完畢了祭阀，下一個線程才能接著對這個內(nèi)存進(jìn)行操作。
  • 如何實現(xiàn)線程同步呢鲜戒？這就是加鎖专控。
2. 對誰加鎖？
  • 雖然我們都用過鎖遏餐，但有沒有考慮過這個鎖本質(zhì)上是給誰加呢伦腐？顯然，是對這塊內(nèi)存加鎖失都，好讓某個線程操作這塊內(nèi)存時柏蘑，其他線程進(jìn)不來。
3. 鎖的本質(zhì)（這塊感覺還需要很多更底層知識鋪墊）粹庞？
  • 共享內(nèi)存 A（大小不定）咳焚，另取一塊內(nèi)存 L（占據(jù)最小單元內(nèi)存）來標(biāo)記能否操作 A
  • 流程：線程操作 A 前，要先取出 L 的值庞溜，如果是 1 的話就將其改成 0革半，然后操作 A，訪問完A 就將 L 改成 1流码；如果 L 是 0 的話又官，就說明別的線程正在操作 A，那就需要等到別人釋放漫试。
  • 然后借助原子訪存指令來保證 內(nèi)存 L 的線程安全
  • 所以鎖的本質(zhì)：實際上就是對一塊內(nèi)存進(jìn)行原子訪問六敬，而實現(xiàn)鎖的這塊內(nèi)存，他的名字就做叫 - 互斥量

五驾荣、自旋鎖 NSSpinLock

1. 鎖讓線程阻塞有兩種方式
  • ① 讓線程執(zhí)行一個 while 循環(huán)外构，不斷詢問是否輪到自己執(zhí)行代碼了？（自旋鎖）
  • ② 讓線程睡覺秘车，等輪到它執(zhí)行時典勇，將它喚醒劫哼。（互斥鎖）
2. 自旋鎖 NSSpinLock 簡介
  • OSSpinLock 叫做 自旋鎖叮趴，等待鎖的線程會處于忙等(busy-wait)狀態(tài)，一直占用著 CPU 資源
  • 目前已經(jīng)不再安全权烧，可能會出現(xiàn)優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的問題（iOS10 后已經(jīng)不推薦用）
  • 如果等待鎖的線程優(yōu)先級較高眯亦，它會一直占用著 CPU 資源伤溉，優(yōu)先級低的線程就無法釋放鎖
  • 但是因為它簡單，是我們很好的學(xué)習(xí)對象妻率。
3. 代碼實現(xiàn)存取錢（未加鎖）
- (void)moneyTest {
    self.moneyCount = 1000;
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
        [self drawMoney];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
        [self saveMoney];
        }
    });
    
}

- (void)drawMoney {
    int readCount = self.moneyCount;
    sleep(0.2); //模擬網(wǎng)絡(luò)擁堵
    int remainCount = readCount - 100;
    self.moneyCount = remainCount;
    NSLog(@"存錢---%@---剩余:%d",[NSThread currentThread], remainCount);
}

- (void)saveMoney {
    int readCount = self.moneyCount;
    sleep(0.2); //模擬網(wǎng)絡(luò)擁堵
    int remainCount = readCount + 200;
    self.moneyCount = remainCount;
    NSLog(@"取錢---%@---剩余:%d",[NSThread currentThread], remainCount);
}
  • 運行代碼乱顾，可以看到最終錢總不等于 2000 元
4. 代碼實現(xiàn)賣票（未加鎖）

- (void)ticketTest {
    self.ticketsCount = 20;
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
}

- (void)saleTicket {
    int readCount = self.ticketsCount;
    sleep(0.2); //模擬網(wǎng)絡(luò)擁堵
    int remainCount = readCount - 1;
    self.ticketsCount = remainCount;
    NSLog(@"賣票---%@---剩余:%d",[NSThread currentThread], remainCount);
}
  • 運行代碼看到，最終票的總數(shù)經(jīng)常不等于 0
5. 代碼實現(xiàn) 賣票 和 存取錢（加自旋鎖）
#import "ViewController.h"
#import <libkern/OSAtomic.h>

OSSpinLock moneyLock = OS_SPINLOCK_INIT;
OSSpinLock ticketsLock = OS_SPINLOCK_INIT;

@interface ViewController ()
@property(nonatomic, assign) int moneyCount;
@property(nonatomic, assign) int ticketsCount;
@end

@implementation ViewController


- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [self moneyTest];
//    [self ticketTest];
}
- (void)moneyTest {
    self.moneyCount = 1000;
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
        [self drawMoney];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
        [self saveMoney];
        }
    });
    
}

- (void)drawMoney {
    OSSpinLockLock(&moneyLock);
    int readCount = self.moneyCount;
    sleep(0.2); //模擬網(wǎng)絡(luò)擁堵
    int remainCount = readCount - 100;
    self.moneyCount = remainCount;
    NSLog(@"存錢---%@---剩余:%d",[NSThread currentThread], remainCount);
    OSSpinLockUnlock(&moneyLock);
}

- (void)saveMoney {
    OSSpinLockLock(&moneyLock);
    int readCount = self.moneyCount;
    sleep(0.2); //模擬網(wǎng)絡(luò)擁堵
    int remainCount = readCount + 200;
    self.moneyCount = remainCount;
    NSLog(@"取錢---%@---剩余:%d",[NSThread currentThread], remainCount);
    OSSpinLockUnlock(&moneyLock);
}

- (void)ticketTest {
    self.ticketsCount = 20;
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
}

- (void)saleTicket {
    OSSpinLockLock(&ticketsLock);
    int readCount = self.ticketsCount;
    sleep(0.2); //模擬網(wǎng)絡(luò)擁堵
    int remainCount = readCount - 1;
    self.ticketsCount = remainCount;
    NSLog(@"賣票---%@---剩余:%d",[NSThread currentThread], remainCount);
    OSSpinLockUnlock(&ticketsLock);
}
@end
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