锁 - 简书

1.###锁的类型

1.互斥锁：保证同时只有一个线程能够访问。当获取锁操作失败时，线程进入休眠，等待锁被释放时被唤醒。
2.自旋锁：保证同时只有一个线程能够访问（这点和互斥锁相同）;只是自旋锁不会引起调用者的休眠。
如果自旋锁已经被别的执行单元持有，调用者就一直循环尝试，直到该自旋锁被持有者释放。
因为没有休眠，所以效率高于互斥锁；但是，性能方面一般。
3.递归锁: 加了递归功能的互斥锁。

2.###优缺点

1.自旋锁的循环访问，会占用CPU资源，降低CPU的效率；
2.在使用自旋锁时有可能造成死锁，当地柜调用时有可能造成死锁；

3.加锁原理

自旋锁：线程一直runing(加锁->解锁)，检查锁状态，机制较简单。
互斥锁：线程sleep（加锁）-> running (解锁)，过程中有上下文的切换，CPU的抢占，信号的发送等开销。

4.###常用的锁

1.@synchronized

@synchronized(self) {
}

结论：1.是对互斥锁的一种封装；2.具体点，是种递归锁，内部搭配nil防止死锁；3.通过表的结构存要锁的对象；4.表内部的对象又是通过哈希存储的。
坑点：在大量线程异步同时操作同一个对象时，因为递归锁会不停的alloc/release,在某一个对象会是nil；而此时@synchronized(obj) 会判断obj == nil，就不会再加锁，导致线程访问冲突。

2.NSLock

NSlock 可以解决大量异步线程同时操作同一个对象的内存安全问题；
NSLock 是对pthread_mutex(互斥锁)的封装，有超时控制。
坑点：当NSLock对同一个线程加锁两次，就会造成死锁；即不能实现递归锁。

//NSLock
- (void)NSLock_crash {
    NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        static void (^testBlock)(int);
        testBlock = ^(int value) {
            [lock lock];
            if (value > 0) {
                NSLog(@"value-->%d",value);
                testBlock(value-1);//递归调用，用递归锁
            }
            [lock unlock];
        };
        testBlock(10);
    });
}

//递归锁NSRecursiveLock
- (void)NSRecursiveLock_NO_crash {
    NSRecursiveLock *lock = [[NSRecursiveLock alloc] init];
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        static void (^testBlock)(int);
        testBlock = ^(int value) {
            [lock lock];
            if (value > 0) {
                NSLog(@"value-->%d",value);
                testBlock(value-1);//递归调用，用递归锁 ， 同一线程多次加锁
            }
            [lock unlock];
        };
        testBlock(10);
    });
}

3. NSRecursiveLock

1.是对pthread_mutex(互斥锁)的封装，不同的是加Recursive递归调用功能；
2.同样也有timeout超时控制；

4. NSCondition 使用的相对较少

1.也是对互斥锁的封装；2.使用了wait信号量可以让当前线程处于等到中；3.使用signal信号可以告诉其他某一个线程不用再等待了，可以继续执行；4.内部还有一个broadcast（广播）信号，用于发送（signal）信号给其他所有线程用法；

5.NSConditionLock类似于信号量

1.NSConditionLock 是对NSCondition+线程数的封装，即NSConditionLock = NSCondition + lock
internal var _thread: _swift_CFThreadRef?:_thread就是当前可以同事操作的线程数，通过搭配NSCondition可以达到dispatch_semaphore的效果
lock(before: Date.distantFuture):也有超时时间

- (void)testConditonLock{
    // 信号量
    NSConditionLock *conditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:2];
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{
       [conditionLock lockWhenCondition:1];
       NSLog(@"线程 1");
       [conditionLock unlockWithCondition:0];
    });
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0), ^{
       
       [conditionLock lockWhenCondition:2];
       
       NSLog(@"线程 2");
       
       [conditionLock unlockWithCondition:1];
    });
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
       
       [conditionLock lock];
       NSLog(@"线程 3");
       [conditionLock unlock];
    });
}

6.dispatch_semaphore

1.dispathch_semaphore 是GCD用来同步的一种方式，与他相关的只有三个函数，一个是创建信号量，一个是等待信号量，一个是发送信号量。
dispathch_semaphore NSConditionLock NSCOnditin ,都是基于信号量同步方式，但是NSCondition信号智能发送，不能保存（如果没有线程在等待，则发送信号量会失败）；而dispathch_semaphore 能保存发送的信号。

2.dispatch_semaphore 的核心是 dispatch_semaphore_t 类型的信号量。
dispatch_semaphore_create(1) 方法可以创建一个 dispatch_semaphore_t 类型的信号量，设定信号量的初始值为 1。注意，这里的传入的参数必须大于或等于 0，否则 dispatch_semaphore_create 会返回 NULL。
dispatch_semaphore_wait(signal, overTime); 方法会判断 signal 的信号值是否大于 0。大于 0 不会阻塞线程，消耗掉一个信号，执行后续任务。如果信号值为 0，该线程会和 NSCondition 一样直接进入 waiting 状态，等待其他线程发送信号唤醒线程去执行后续任务，或者当 overTime 时限到了，也会执行后续任务。
dispatch_semaphore_signal(signal); 发送信号，如果没有等待的线程接受信号，则使 signal 信号值加一（做到对信号的保存）。

3.一个 dispatch_semaphore_wait(signal, overTime); 方法会去对应一个 dispatch_semaphore_signal(signal); 看起来像 NSLock 的 lock 和 unlock，其实可以这样理解，区别只在于有信号量这个参数，lock unlock 只能同一时间，一个线程访问被保护的临界区，而如果 dispatch_semaphore 的信号量初始值为 x ，则可以有 x 个线程同时访问被保护的临界区。

7.OSSpinLock - os_unfair_lock

在iOS10 之前，OSSpinLock 是一种自旋锁，也只有加锁，解锁，尝试加锁三个方法。和 NSLock 不同的是 NSLock 请求加锁失败的话，会先轮询，但一秒过后便会使线程进入 waiting 状态，等待唤醒。而 OSSpinLock 会一直轮询，等待时会消耗大量 CPU 资源，不适用于较长时间的任务。而因为OSSpinLock不再线程安全，在iOS10之后OSSpinLock被废弃内部封装了os_unfair_lock，os_unfair_lock也是一种互斥锁不会忙等。 `typedef int32_t OSSpinLock OSSPINLOCK_DEPRECATED_REPLACE_WITH(os_unfair_lock);

8.读写锁

读写锁是一种特殊的自旋锁，他能做到多读单写；实现：并发队列+ dispatch_barrier_async

########### .h文件
#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface RF_RWLock : NSObject
// 读数据
- (id)rf_objectForKey:(NSString *)key;
// 写数据
- (void)rf_setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

########### .m文件
#import "RF_RWLock.h"

@interface RF_RWLock ()
// 定义一个并发队列:
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t concurrent_queue;
// 用户数据中心, 可能多个线程需要数据访问:
@property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *dataCenterDic;
@end

@implementation RF_RWLock

- (id)init{
    self = [super init];
    if (self){
        // 创建一个并发队列:
        self.concurrent_queue = dispatch_queue_create("read_write_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        // 创建数据字典:
        self.dataCenterDic = [NSMutableDictionary dictionary];
    }
    return self;
}

#pragma mark - 读数据
- (id)rf_objectForKey:(NSString *)key{
    __block id obj;
    // 同步读取指定数据:
    dispatch_sync(self.concurrent_queue, ^{
        obj = [self.dataCenterDic objectForKey:key];
    });
    return obj;
}

#pragma mark - 写数据
- (void)rf_setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key{
    // 异步栅栏调用设置数据:
    dispatch_barrier_async(self.concurrent_queue, ^{
        [self.dataCenterDic setObject:obj forKey:key];
    });
}

@end