本文主要是一个对各种锁的简单整理，方便后续查看回顾，毕竟锁在实际项目中用的比较少，再牛逼的知识点，老不用也记不住。好记性不如烂笔头。
说到锁肯定是涉及多线程了，所以先简单的介绍一下iOS里的多线程GCD。
先介绍几个比较容易混淆的术语：
- 同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力；
- 异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力；
- 并发：多个任务并发（同时）执行；
- 串行：一个任务执行完成之后，再执行下一个任务。
各种队列的执行效果
| 并发队列 | 手动创建的串行队列 | 主队列 | |
|---|---|---|---|
| 同步（sync） | 没有开启新的线程；串行执行任务 | 没有开启新的线程；串行执行任务 | 没有开启新的线程；串行执行任务 |
| 异步（async） | 有开启新的线程；并发执行任务 | 有开启新的线程；串行执行任务 | 没有开启新的线程；串行执行任务 |
注意: 使用sync函数往当前串行队列中添加任务，会卡在当前的串行队列（产生死锁）
队列组的使用
使用GCD实现：异步并发执行任务1、任务2。等任务1和2执行完之后，回到主线程执行任务3
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"执行任务一");
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"执行任务二");
});
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"回到主线程执行任务三");
});
});
多线程的安全隐患：
- 当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题。
iOS中的线程同步方案
GNUstep
- 说明：GNUstep是GNU计划的项目之一，它将Cocoa的OC库重新开源实现的一遍
- 源码地址：http://www.gnustep.org/resources/downloads.php
- 虽然GNUstep不是苹果官方源码，但还是有一定的参考价值
1. OSSpinLock
- 介绍：OSSpinLock叫做“自旋锁”，等待所得线程会处于忙等（busy-wait）状态，一直占用着CPU资源；
- 目前已不再安全，可能会出现优先级反转问题；
- 如果等待锁的线程优先级较高，它会一直占用着CPU资源，优先级低的线程就无法释放锁；
- 需要导入头文件 #import <libkern/OSAtomic.h>
- 使用方法：
// 初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
// 尝试加锁(如果需要等待就不加锁，直接返回false；如果不需要等待，就加锁，返回true)
bool result = OSSpinLockTry(&lock);
// 加锁
OSSpinLockLock(&lock);
// 解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);
2. os_unfair_lock
- 介绍：os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock，从iOS10才开始支持；
- 从底层调用看，等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态，并非忙等；
- 需要导入头文件 #import <os/lock.h>
- 使用方法：
// 初始化
os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
// 尝试加锁(如果需要等待就不加锁，直接返回false；如果不需要等待，就加锁，返回true)
bool result = os_unfair_lock_trylock(&lock);
// 加锁
os_unfair_lock_lock(&lock);
// 解锁
os_unfair_lock_unlock(&lock);
3. pthread_mutex
- 介绍：mutex叫做“互斥锁”，等待锁的线程会处于休眠状态。跨平台
- 需要导入头文件 #import <pthread.h>
- 使用方法：
// 初始化锁的属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);
// 注意 如果属性值传NULL，则属性的默认值为上面的代码
<!--pthread_mutex_init(&mutex, NULL);-->
// 尝试加锁
pthread_mutex_trylock(&mutex);
// 加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// 销毁属性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
// 销毁锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_mutex递归锁
- 创建时在初始化属性的时候，传参为：PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE
- 即：
// 初始化锁的属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);
pthread_mutex条件锁
- 用法：
// 初始化锁 NULL代表使用默认属性
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 初始化条件
pthread_cond_t condition;
pthread_cond_init(&condition, NULL);
// 等待条件（进入休眠，放开mutex锁，被唤醒后，会再次对mutex加锁）
pthread_cond_wait(&condition, &mutex);
// 激活一个等待该条件的线程
pthread_cond_signal(&condition);
// 激活所有等待该条件的线程
pthread_cond_broadcast(&condition);
// 销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&condition);
4. dispatch_semaphore
- 介绍：信号量锁
- 信号量的初始值，可以用来控制线程并发访问的最大数量；
- 信号量的初始值为1，代表同时只允许1条线程访问资源，保证线程同步；
- 简单用法：
// 初始化信号量
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
// 如果信号量的值 <= 0，当前线程就会进入休眠等待（直到信号量的值 > 0）
// 如果信号量的值 > 0，就减1，然后往下执行后面的代码
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 让信号量的值加1
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
5. dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
- 使用GCD的串行队列，也是可以实现线程同步的
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lock_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(queue, ^{
// 任务
});
6. NSLock
- 介绍：NSLock是对mutex普通锁的封装；
- 方法API：
- (void)lock;
- (void)unlock;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
7. NSRecursiveLock
- 介绍：NSRecursiveLock是对mutex递归锁的封装；
- 用法和NSLock基本类似；
8. NSCondition
- 介绍：NSCondition是对mutex条件锁的封装；
- 方法API:
- (void)wait;
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit;
- (void)signal;
- (void)broadcast;
9. NSConditionLock
- 介绍：NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值；
- 主要API：
- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition NS_DESIGNATED_INITIALIZER;
@property (readonly) NSInteger condition;
- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
- (BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit;
10. @synchronized
- 介绍：@synchronized是对mutex的封装；
- 源码查看：objc4中的objc-sync.mm文件；
- @synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作；
- 用法事例：
@synchronized(obj) {
// 任务
}
iOS线程同步方案性能大比拼 (从高到低)
- os_unfair_lock
- OSSpinLock
- dispatch_semaphore
- pthread_mutex
- dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
- NSLock
- NSCondition
- pthread_mutex(recursive)
- NSRecursiveLock
- NSConditionLock
- @synchronized
自旋锁与互斥锁的比较
什么时候用自旋锁比较划算？
- 预计线程等待锁的时间很短；
- 加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生；
- CPU资源不紧张
- 多核处理器
什么情况用互斥锁比较划算？
- 预计线程等待锁的时间较长；
- 单核处理器；
- 临界区有IO操作；
- 临界区代码复杂或者循环量较大
- 临界区竞争非常激烈；
注意：苹果其实不推荐使用自旋锁
atomic
- 介绍：atomic用户保证属性setter、getter的原子性操作，相当于在getter和setter内部加了线程同步的锁；
- 可以参考objc4的objc-accessors.mm文件
- 它并不能保证使用属性的过程是线程安全的；
iOS中的读写安全方案
应用场景：
- 同一时间，只能有1个线程进行写的操作；
- 同一时间，允许有多个线程进行读的操作；
- 同一时间，不允许既有写的操作，又有读的操作；
对于上面的“多读单写”，经常用于文件等数据的读写操作，iOS中有两种方案：
- pthread_rwlock：读写锁；
- dispatch_barrier_async：异步栅栏调用；
pthread_rwlock 用法：
// 初始化锁
pthread_rwlock_t lock;
// 初始化锁
pthread_rwlock_init(&lock, NULL);
// 读-加锁
pthread_rwlock_rdlock(&lock);
// 读-尝试加锁
pthread_rwlock_tryrdlock(&lock);
// 写-加锁
pthread_rwlock_wrlock(&lock);
// 写-尝试加锁
pthread_rwlock_trywrlock(&lock);
// 解锁
pthread_rwlock_unlock(&lock);
// 销毁
pthread_rwlock_destroy(&lock);
dispatch_barrier_async
- 这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_create创建的
- 如果传入的是一个串行或者一个全局的并发队列，那么这个函数便等同于dispatch_async函数的效果；
- 简单用法：
// 初始化队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("rw_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 读
dispatch_async(queue, ^{
});
// 写
dispatch_barrier_async(queue, ^{
});
