引言
说到多线程就不得不提多线程中的锁机制，多线程操作过程中往往都是多个线程并发执行的，因此同一个资源可能被多个线程同时访问，造成资源抢夺，这个过程中如果没有锁机制往往会造成重大问题。对于银行存取钱系统，以及购票系统都是很重要的。就购票系统来说，每年春节都是一票难求，供不应求，在官方购票网站买票的过程中，分分钟成百上千的票瞬间就消失了。不妨假设某辆动车有两千张票，同时有几万人在抢这列车的车票，顺利的话前面的人都能买到票。但是如果现在只剩下一张票了，而同时还有几千人在购买这张票，虽然在进入购票环节的时候会判断当前票数，但是当前已经有一百个线程进入购票的环节，每个线程处理完票数都会减一,一百个线程执行完当前票数为负九十九，这种问题显然是不能存在的，所以才有了线程锁。
常用的锁
要解决资源抢夺问题在iOS中有常用的有三种方法：一种是使用NSLock同步锁，另一种是使用@synchronized代码块。还有GCD的信号量（dispatch_semaphore）三种方法实现原理是类似的。在处理上代码块使用起来都很简单。（C#中也有类似的处理机制synchronized和lock）。
多线程的安全隐患
资源共享
一块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源。比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件。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。
通过上图我们发现，当线程A访问数据并对数据进行操作的同时，线程B访问的数据还是没有更新的数据，线程B同样对数据进行操作，当两个线程结束返回时，就会发生数据错乱的问题。具体实现代码如下所示：
- (void)test
{
//默认有10张票
leftTicketsCount = 10;
//开启多个线程，模拟售票员售票
NSThread *thread1=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(sellTickets) object:nil];
thread1.name=@"模拟售票员A";
NSThread *thread2=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(sellTickets) object:nil];
thread2.name=@"模拟售票员B";
NSThread *thread3=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(sellTickets) object:nil];
thread3.name=@"模拟售票员C";
//开启线程
[thread1 start];
[thread2 start];
[thread3 start];
}
- (void)sellTickets
{
while (1) {
//1.先检查票数
int count = leftTicketsCount;
if (count>0) {
//暂停一段时间
[NSThread sleepForTimeInterval:0.002];
//2.票数-1
leftTicketsCount= count-1;
//获取当前线程
NSThread *current=[NSThread currentThread];
NSLog(@"%@--卖了一张票，还剩余%d张票", current.name, leftTicketsCount);
}
else {
//退出线程
[NSThread exit];
}
}
}
打印结果：
加锁之后的实现流程图如下所示：
我们可以看出，当线程A访问数据并对数据进行操作的时候，数据被加上一把锁，这个时候其他线程都无法访问数据，知道线程A结束返回数据，线程B此时在访问数据并修改，就不会造成数据错乱了。下面我们来看一下互斥锁的使用。
如何解决资源竞争
1.使用互斥锁synchronized
- @synchronized(锁对象) {
// 需要锁定的代码
}
- (void)sellTickets
{
while (1) {
@synchronized(self){//加一把锁
//1.先检查票数
int count = leftTicketsCount;
if (count>0) {
//暂停一段时间
[NSThread sleepForTimeInterval:0.002];
//2.票数-1
leftTicketsCount= count-1;
//获取当前线程
NSThread *current=[NSThread currentThread];
NSLog(@"%@--卖了一张票，还剩余%d张票", current.name, leftTicketsCount);
}
else {
//退出线程
[NSThread exit];
}
}
}
}
互斥锁的优缺点
- 优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题
- 缺点：需要消耗大量的CPU资源
互斥锁的使用前提：多条线程抢夺同一块资源
相关专业术语：线程同步,多条线程按顺序地执行任务
互斥锁，就是使用了线程同步技术
注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的
2.原子和非原子属性
OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择
atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）
nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁
@property (assign, atomic) int age;
- (void)setAge:(int)age
{
@synchronized(self) {
_age = age;
}
}
nonatomic和atomic对比
- atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
- nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备
3.NSLock
- (void)sellTickets
{
while（1）{
[lock lock];
//1.先检查票数
int count = leftTicketsCount;
if(count > 0){
//暂停一段时间
[NSThread sleepForTimeInterval:0.01];
//2.票数减1
leftTicketsCount = count -1;
//获得当前线程
NSThread *current = [NSThread currentTHread];
NSLog(@“%@—卖了一张票”,current.name,leftTicketsCount);
}else{
//退出线程
[NSThread exit];
}
}
注：程序运行结果：线程B会等待线程A解锁后，才会去执行线程B。如果线程B把lock和unlock方法去掉之后，则线程B不会被阻塞，这个和synchronized的一样，需要使用同样的锁对象才会互斥。
NSLock类还提供tryLock、和lockBeforeDate方法：
- tryLock：该方法使当前线程试图去获取锁，并返回布尔值表示是否成功，但是当获取锁失败后并不会使当前线程阻塞。
- lockBeforeDate：该方法与上面的方法类似，但是只有在设置的时间内获取锁失败线程才不会被阻塞，如果获取锁失败时已超出了设置的时间，那么当前线程会被阻塞。
4.关于GCD的信号量dispatch_semaphore_signal
- (void)sellTickets
{
while（1）{
dispatch_semaphore_wait(semaphore,DISPATCH_RIME_FOREVER);
//1.先检查票数
int count = leftTicketsCount;
if(count > 0){
//暂停一段时间
[NSThread sleepForTimeInterval:0.01];
//2.票数减1
leftTicketsCount = count -1;
//获得当前线程
NSThread *current = [NSThread currentThread];
NSLog(@“%@—卖了一张票”，current.name,leftTicketsCount);
}
else{
//退出线程
[NSThread exit];
}
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}
}
所实现的效果也是和以上实例介绍的大致相同。
我们把信号量当作是一个计数器，当计数器是一个非负整数时，所有通过它的线程都应该把这个整数减1。如果计数器大于0，那么则允许访问，并把计数器减1。如果为0，则访问被禁止，所有通过它的线程都处于等待的状态。如果desema的值为0，那么这个函数就阻塞当前线程等待timeout（注意timeout的类型为dispatch_time_t，不能直接传入整形或float型数），如果等待的期间desema的值被dispatch_semaphore_signal函数加1了，且该函数（即dispatch_semaphore_wait）所处线程获得了信号量，那么就继续向下执行并将信号量减1。如果等待期间没有获取到信号量或者信号量的值一直为0，那么等到timeout时，其所处线程自动执行其后语句。
注：dispatch_semaphore 是信号量，但当信号总量设为 1 时也可以当作锁来。在没有等待情况出现时，它的性能比 pthread_mutex 还要高，但一旦有等待情况出现时，性能就会下降许多。相对于 OSSpinLock 来说，它的优势在于等待时不会消耗 CPU 资源。
