iOS 锁 Lock 线程同步 多线程安全隐患

多线程的安全隐患

多条线程操作同一个资源,会造成资源的不同步,造成数据的不准确。
采用线程同步技术来规避资源的同步,常用的技术就是加锁

锁保证当前情况下只能有一个线程操作该资源,操作完解锁,后面线程进来继续加锁解锁。
iOS 中线程同步的方案有

  • OSSpinLock(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,
目前已经不安全了,会出现线程优先级反转的问题。

优先级反转:
thread1优先级高,thread2低,当执行任务时,比如thread2加锁,执行thread1会在锁处忙等,等待thread2解锁,但是thread1的优先级比较高,CPU会分配给thread1的时间调度比较多,导致thread2一直无法放开锁,造成类似于死锁的现象

#import <libkern/OSAtomic.h>
/**
 自旋锁
 */
@property (nonatomic, assign) OSSpinLock lock;
- (void)use {
   //初始化
    self.lock = OS_SPINLOCK_INIT;
    //加锁
    OSSpinLockLock(&_lock); 
   //解锁
    OSSpinLockUnlock(&_lock);
}

  • os_unfair_lock

os_unfair_lock 用于取代不安全的OSSpinLock,从iOS10 开始支持,从底层来看,等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态,也不是忙等状态。

#import <os/lock.h>
@property (nonatomic, assign) os_unfair_lock lock;
- (void)use {
   //初始化
    self.lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
    //加锁
    os_unfair_lock_lock(&_lock); 
   //解锁
    os_unfair_lock_unlock(&_lock);
}
  • pthread_mutex

pthread是跨平台的锁 ,互斥锁,等待所得线程会处于休眠状态。
初始化的时候创建属性可以选择锁类型:
PTHREAD_MUTEX_NORMAL //普通锁
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE //递归锁,用于递归调用的时候避免产生死锁情况。

#import <pthread.h>
@property (nonatomic, assign) pthread_mutex_t lock;
- (void)use {
   //初始化
   [self __initLock:&_lock];
    //加锁
    pthread_mutex_lock(&_lock); 
   //解锁
    pthread_mutex_unlock(&_lock);
    //销毁
    pthread_mutex_destroy(&_lock);
}
- (void) __initLock:(pthread_mutex_t *)lock {
    //PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER是个结构体,语法不允许这么创建
    //        self.ticketLock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    pthread_mutexattr_t att;
    pthread_mutexattr_init(&att);
    pthread_mutexattr_settype(&att, PTHREAD_MUTEX_NORMAL);
    pthread_mutex_init(lock, &att);
//    pthread_mutex_init(lock, NULL); //也可以穿NULL,采用默认
    //销毁属性
    pthread_mutexattr_destroy(&att);
}

还有一种(pthread_mutex-条件)用法,改方法可以实现线程之间相互以依赖的问题,比如线程1加锁之后,需要依赖线程2执行完之后才能够进行。此时使用pthread_cond_t 可以给pthread_mutex_lock添加条件,来进行多线程之间的控制。


互斥锁条件用法
  • NSLock

NSLock是对mutex普通锁的封装。

- (BOOL)tryLock;  //尝试加锁,未加锁-->加锁,加锁-->继续执行
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
//时间段内加锁,limit时间之前阻塞线程,等到锁断开之后或者未加锁状态下加锁成功返回YES,否则加锁失败 返回NO。
  • NSRecursiveLock

递归锁,也是对mute递归锁的封装。
pthread_mutexattr_settype(&att, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);

  • NSCondition

条件锁,也是对mute和pthread_cond_t的封装。可以调用wait 方法,等待条件成立再执行锁一下的内容。signle方法唤醒线程锁。

  • NSConditionLock

是对NSCondition进一步封装,可以设定具体的条件值,首先初始化一个条件值,
当执行[self.conditionLock lockWhenCondition:1];只有条件值对应上才能加锁成功,否则一直等待锁得状态。
[self.conditionLock unlockWithCondition:2];解锁并且将条件值赋值为2

  • dispatch_semaphore

dispatch_semaphore_wait(self.semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
信号量的值>0的时候执行,<=0等待
dispatch_semaphore_signal(self.semaphore);
信号量的值+1

  • dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

GCD的串行队列,也可以实现锁的概念。

  • @synchronized

@synchronized是对mutex递归锁得封装
源码在objc4/sync.mm 内部.

@synchronized(self){
       //lock content
    }

@synchronized需要传入一个对象,这个对象(不一定就是self)就是这把锁,相同对象持有相同锁,不同对象持有不同锁,关键字在左大括号加锁,大括号结束解锁。底层就是对mutex递归锁的封装。

不同锁的优劣

锁大致分为2种

  • OSSpinLock(自旋锁),加锁状态的时候线程处于忙等状态,占用CPU资源。
  • pthread_mutex(互斥锁),跨平台,加锁状态的时候线程处于休眠状态,不会占用CPU资源。


    各个锁性能比较

面试题

  1. 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)会经常调用,但竞争情况很少发生。
  • CPU资源不紧张
  • 多核处理器
  1. 什么情况使用互斥锁比较划算
  • 预计线程等待锁的时间比较长
  • 单核处理器,可以休眠
  • 临界区有IO(文件读取)操作
  • 临界区代码比较复杂,或者循环量大
  • 竞争非常激烈
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