多线程

iOS常见的多线程方案

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GCD源码:https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch

image.png

死锁

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"2");
    });
    
    NSLog(@"3");
}

当前队列需要等待viewDidLoad执行完,才能执行block里面的内容,而viewDidLoad又需要等待block执行完.双方都在等待对方完成,而造成的死锁.

另一个死锁

- (void)interView02
{
    NSLog(@"执行任务1");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"执行任务2");
        
        dispatch_sync(queue, ^{
            
            NSLog(@"执行任务3");
            
        });
        
        NSLog(@"执行任务4");
        
    });
    
    NSLog(@"执行任务5");
}

网上一道面试题

- (void)test
{
    NSLog(@"3");
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    dispatch_queue_t queque = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queque, ^{
        
        NSLog(@"1");
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil
                   afterDelay:0];
        NSLog(@"2");
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop]addPort:[NSPort new] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [[NSRunLoop currentRunLoop]runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        
    });
    
}

[self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:0];的本质是往runloop中添加定时器,子线程默认没有开启runloop.

GNUStep

是GNU计划的项目之一,它将cocoa的oc库开源实现了一遍,非常接近苹果的源码.
源码地址:http://www.gnustep.org/resources/downloads.php 这里可以看到runloop的相关实现

多线程的隐患

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
eg.存钱取钱问题.


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

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.moeny = 100;
    // Do any additional setup after loading the view.
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self saveMoeny];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self drawMoney];
        }
    });
}

//取钱
- (void)drawMoney
{
    int oldMoeny = self.moeny;
    sleep(0.2);
    oldMoeny = oldMoeny - 20;
    self.moeny = oldMoeny;
    NSLog(@"取20, 还剩%d--%@",oldMoeny,[NSThread currentThread]);
}

//存钱
- (void)saveMoeny
{
    int newMoney = self.moeny;
    sleep(.2);
    newMoney = newMoney + 50;
    self.moeny = newMoney;
    NSLog(@"存50, 还剩%d--%@",newMoney,[NSThread currentThread]);
}

线程同步技术

  • OSSpinLock
  • os_unfair_lock
  • pthread_mutex
  • dispatch_semaphore
  • dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
  • NSLock
  • NSRecursiveLock
  • NSCondition
  • NSConditionLock
  • @synchronized

OSSpinLock

  • OSSpinLock叫做”自旋锁”,等待锁的线程会处于忙等(busy-wait)状态,一直占用着CPU资源
  • 目前已经不再安全,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
  • #import <libkern/OSAtomic.h>

//取钱
- (void)drawMoney
{
    OSSpinLockLock(&_lock);
    
    int oldMoeny = self.moeny;
    sleep(0.2);
    oldMoeny = oldMoeny - 20;
    self.moeny = oldMoeny;
    NSLog(@"取20, 还剩%d--%@",oldMoeny,[NSThread currentThread]);
    
    OSSpinLockUnlock(&_lock);
}

//存钱
- (void)saveMoeny
{
    OSSpinLockLock(&_lock);
    int newMoney = self.moeny;
    
    sleep(.2);
    newMoney = newMoney + 50;
    self.moeny = newMoney;
    NSLog(@"存50, 还剩%d--%@",newMoney,[NSThread currentThread]);
    OSSpinLockUnlock(&_lock);
}

新建基类lockDemo,以后每个种类的lock继承于它便于演示.

@interface lockDemo : NSObject

- (void)drawAndSaveMoneyTest;
- (void)ticketTest;

- (void)drawMoney;
- (void)saveMoeny;
- (void)saleTicket;

@end

@interface lockDemo ()

@property (nonatomic,assign) int moeny;
@property (nonatomic,assign) int ticketsCount;


@end

@implementation lockDemo

- (void)drawAndSaveMoneyTest
{
    self.moeny = 100;
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self saveMoeny];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self drawMoney];
        }
    });
}

//取钱
- (void)drawMoney
{
    
    
    int oldMoeny = self.moeny;
    sleep(0.2);
    oldMoeny = oldMoeny - 20;
    self.moeny = oldMoeny;
    NSLog(@"取20, 还剩%d--%@",oldMoeny,[NSThread currentThread]);
    
    
}

//存钱
- (void)saveMoeny
{
    
    int newMoney = self.moeny;
    sleep(.2);
    newMoney = newMoney + 50;
    self.moeny = newMoney;
    NSLog(@"存50, 还剩%d--%@",newMoney,[NSThread currentThread]);
    
}

- (void)saleTicket{
    
    int oldTicketsCount = self.ticketsCount;
    sleep(.2);
    oldTicketsCount--;
    self.ticketsCount = oldTicketsCount;
    NSLog(@"还剩%d张票 - %@", oldTicketsCount, [NSThread currentThread]);
}
/**
 卖票演示
 */
- (void)ticketTest
{
    self.ticketsCount = 15;
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; 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];
        }
    });
}
@end

os_unfair_lock

  • os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ,从iOS10开始才支持
  • 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>
@interface os_unfair_locDemo()
@property (nonatomic,assign) os_unfair_lock  moneyLock;
@property (nonatomic,assign) os_unfair_lock  ticketLock;

@end


@implementation os_unfair_locDemo

- (instancetype)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        self.moneyLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
        self.ticketLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
    }
    return self;
}

- (void)saleTicket
{
    os_unfair_lock_lock(&_ticketLock);
    [super saleTicket];
    os_unfair_lock_unlock(&_ticketLock);
}

- (void)saveMoeny
{
    os_unfair_lock_lock(&_moneyLock);
    [super saveMoeny];
    os_unfair_lock_unlock(&_moneyLock);
}

- (void)drawMoney
{
    os_unfair_lock_lock(&_moneyLock);
    [super drawMoney];
    os_unfair_lock_unlock(&_moneyLock);
}
@end

pthread_mutex

  • mutex叫做”互斥锁”,等待锁的线程会处于休眠状态
  • 需要导入头文件#import <pthread.h>

@interface mutexDemo()

@property (nonatomic,assign) pthread_mutex_t moneyMutex;
@property (nonatomic,assign) pthread_mutex_t ticketMutex;

@end


@implementation mutexDemo

- (instancetype)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        
        [self __initMutex:&_moneyMutex];
        [self __initMutex:&_ticketMutex];

    }
    return self;
}

//这里必须要传指针 否则传进来都是同一个pthread_mutex_t
- (void)__initMutex:(pthread_mutex_t *)mutex
{
    //定义属性
    pthread_mutexattr_t attr;
    //初始化属性
    pthread_mutexattr_init(&attr);
    //设置属性
    /*
     #define PTHREAD_MUTEX_NORMAL        0
     #define PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK    1
     #define PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE        2 //递归锁
     #define PTHREAD_MUTEX_DEFAULT        PTHREAD_MUTEX_NORMAL
     */
    pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
    pthread_mutex_init(mutex, &attr);
    //销毁属性
    pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    
}

- (void)saleTicket
{
    pthread_mutex_lock(&_ticketMutex);
    [super saleTicket];
    pthread_mutex_unlock(&_ticketMutex);
    
}

- (void)saveMoeny
{
    pthread_mutex_lock(&_moneyMutex);
    [super saveMoeny];
    pthread_mutex_unlock(&_moneyMutex);
}

- (void)drawMoney
{
    pthread_mutex_lock(&_moneyMutex);
    [super drawMoney];
    pthread_mutex_unlock(&_moneyMutex);
}
- (void)dealloc
{
    pthread_mutex_destroy(&_moneyMutex);
    pthread_mutex_destroy(&_ticketMutex);
    
}
@end

递归锁

- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        [self __initMutex:&_mutex];
    }
    return self;
}

/**
 线程1:otherTest(+-)
        otherTest(+-)
         otherTest(+-)
 
 线程2:otherTest(等待)
 */

- (void)otherTest
{
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    static int count = 0;
    if (count < 10) {
        count++;
        [self otherTest];
    }
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

NS的锁基本上是上述锁的封装.

dispatch_semaphore_t

  • semaphore叫做”信号量”
  • 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

@interface semaphore()

@property (nonatomic,strong) dispatch_semaphore_t semaphore;

@end

@implementation semaphore

- (instancetype)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        self.semaphore = dispatch_semaphore_create(5);
    }
    return self;
}

- (void)otherTest
{
    for (int i = 0; i<100; i++) {
        [[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil] start];
    }
}

- (void)test
{
    dispatch_semaphore_wait(self.semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    sleep(2);
    NSLog(@"12345");
    
    dispatch_semaphore_signal(self.semaphore);
}


@end

synchronized

  • @synchronized是对mutex递归锁的封装
  • 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

什么情况使用自旋锁比较划算?

- 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

什么情况使用互斥锁比较划算?

- 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大
- 临界区竞争非常激烈
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