objective-c xcode iOS-线程锁

在程序开发过程中，经常使用到线程，多线程操作数据时。难免发生一些不可控的情况，造成数据不安全。这个时候我们就用了锁，常用的锁有哪些？有os_unfair_lock、NSLock、NSCondition、NSRecursiveLock等。

一. 线程锁

1、原子属性和锁

通过一个小例子看下无锁情况下的demo:

@property (nonatomic ,assign) int count;

- (void)test {

for (int i = 0; i < 10; i ++) {

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

self.count --;

NSLog(@"%d",self.count);

});

}

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无锁的情况下打印是无序的。哪我们把 (atomic ,assign) int count;改成原子属性呢？看到打印结果也是无序的。atomic 原子属性也无法保证数据安全。

哪我们进入objc源码看看：

set方法里没有锁的操作 get方法里有锁的操作看到源码有加锁的操作，哪为什么数据还是不安全呢。self.count --;这个操作即有get操作，也有set操作。但是锁只在get中，所以我们打印的结果并不是有序的。上图是各种锁的加锁10000次的性能。

锁分：互斥锁(闲等)，自旋锁(忙等)，读写锁3大类。

ios中有：OSSpinLock、dispatch_semaphore、pthread_mutex、NSCondition、NSLock、pthread_mutex(recursive)、NSRecursiveLock、NSConditionLock、@synchronized9把锁。

2、OSSpinLock,os_unfair_lock锁

OSSpinLock：（它有一个bug，线程优先级反转的问题：优先级低的线程资先执行，然后其他优先级高的在执行会一直占用CPU。优先级底底那个线程会资源无法释放。）

iOS10之后被移除。OS_SPINLOCK_INIT 初始化锁。OSSpinLockLock(&spinlock) 加锁，参数为OSSPINLOCK地址。OSSpinLockUnlock(&spinlock) 解锁，参数是OSSpinLock地址。OSSpinLockTry(&spinlock) 尝试上锁，参数是OSSpinLock地址。如果返回false，表示上锁失败，锁正在被其他线程持有。如果返回true，表示上锁成功。

os_unfair_lock：

iOS10之后开始支持，用于取代OSSpinLock。OS_UNFAIR_LOCK_INIT 初始化锁。os_unfair_lock_lock 加锁。参数为os_unfair_lock地址。os_unfair_lock_unlock 解锁。参数为os_unfair_lock地址。os_unfair_lock_trylock 尝试加锁。参数为os_unfair_lock地址。如果成功返回true。如果锁已经被锁定则返回false。os_unfair_lock_assert_owner 参数为os_unfair_lock地址。如果当前线程未持有指定的锁或者锁已经被解锁，则触发崩溃。os_unfair_lock_assert_not_owner 参数为os_unfair_lock地址。如果当前线程持有指定的锁，则触发崩溃。

os_unfair_lock例子:

@property (nonatomic ,assign) os_unfair_lock unfairLock;

self.unfairLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;

-(void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {

for (int i = 0; i<10; i++) {

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

[self unfairLock_test];

});

}

-(void)unfairLock_test {

os_unfair_lock_lock(&_unfairLock);//加锁

self.count --;

NSLog(@"%d",self.count);

os_unfair_lock_unlock(&_unfairLock);//解锁

}

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打印结果是有序的。注意：os_unfair_lock_assert_owner如果当前线程未持有指定的锁或者锁已经被解锁，则触发崩溃。和os_unfair_lock_assert_not_owner如果当前线程持有指定的锁，则触发崩溃。

3、NSCondition锁

NSLock：

(void)lock 加锁。(void)unlock 解锁。(BOOL)tryLock 尝试加锁。成功返回YES，失败返回NO。(BOOL)lockBeforeDete:(NSDate *)limit 在指定时间点之前获取锁，能够获取返回YES，获取不到返回NO。@property (nullable ,copy) NSString *name 锁名称。

先通过一个例子：

self.iLock = [[NSLock alloc] init];

-(void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {

for (int i = 0; i<10; i++) {

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

[self nslock_test];

});

}

-(void)nslock_test {

[self.iLock lock];

self.count --;

NSLog(@"%d",self.count);

[self.iLock unlock];

}

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打印结果是我们想要的顺序。

如果我们重复调用[self.iLock lock];

NsLock不能循环调用，要不然会死锁。NsLock不支持递归锁。

NSCondition：

(void)lock 加锁。(void)unlock 解锁。(void)wait 阻塞当前线程，使线程进入休眠，等待唤醒信号。调用前必须已加锁。(void)waitUntilDate 阻塞当前线程，使线程进入休眠，等待唤醒信号或者超时。调用前必须已加锁。(void)signal 唤醒一个正在休眠的线程，如果要唤醒多个，需要调用多次。如果没有线程在等待，则什么也不做。调用前必须已加锁。(void)broadcast 唤醒所有在等待的线程。如果没有线程在等待，则什么也不做。调用前必须已加锁。@property (nullable ,copy) NSString *name 锁名称。

我们通过NSCondition 例子进一步了解NSCondition锁:

- (void)nscondition_test {

for (int i = 0; i < 50; i ++) {

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

[self ny_production];

});

}

for (int i = 0; i < 100; i ++) {

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

[self ny_consumption];

});

}

- (void)ny_production {

[self.iCondition lock];

self.count ++;

NSLog(@"生产了一个产品,现有产品 : %d个",self.count);

[self.iCondition signal];//唤醒休眠线程

[self.iCondition unlock];

}

- (void)ny_consumption {

[self.iCondition lock];

while (self.count == 0) {//防止虚假唤醒

[self.iCondition wait];

}

self.count --;

NSLog(@"消费了一个产品,现有产品: %d个",self.count);

[self.iCondition unlock];

}

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一个线程for 50 次生产产品，一个线程 for 100次消费产品。在ny_production 中生产，在 ny_consumption 中消费，如果产品数量count==0 就等待（忙等）。然后消费完解锁。

4、NSRecursiveLock锁

NSConditionLock：

(void)lock 加锁。(void)unlock 解锁。(instancetype)initWithCondition:(NSinteger)初始化一个。NSConditionLock对象。@property(readonly) NSInteger condition 锁的条件。(void)lockWhenCondition:(NSInteger)conditio满足条件时加锁。(BOOL)tryLock尝试加锁。(BOOL)tryLockWhenCondition如果接受对象的condition与给定的condition相等，则尝试获取锁，不足塞线程。(void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition解锁，重置锁的条件。(BOOL)lockBeforDate:(NSDate *)limit在指定时间点之前获取锁。(BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit在指定的时间前获取锁。@property (nullable ,copy) NSString *name 锁名称。

先通过一个例子来了解NSConditionLock：

- (void)ny_testConditonLock{

self.iConditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:3];

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

[self.iConditionLock lockWhenCondition:3];//只有3==init3时才会打印NSlog

NSLog(@"线程 1");

[self.iConditionLock unlockWithCondition:2];

});

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

[self.iConditionLock lockWhenCondition:2];//只有2才会打印NSlog

NSLog(@"线程 2");

[self.iConditionLock unlockWithCondition:1];

});

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

[self.iConditionLock lockWhenCondition:1];//只有1才会打印NSlog

NSLog(@"线程 3");

[self.iConditionLock unlockWithCondition:0];

});

}

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ConditionLock可以控制线程调用顺序的作用.

NSRecursiveLock：

写一个例子来了解NSRecursiveLock:

- (void)recursiveTest {

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

static void (^recursiveMethod)(int);

recursiveMethod = ^(int value){

if (value > 0) {

[self.iRecursiveLock lock];

NSLog(@"%d",value);

recursiveMethod(value - 1);

[self.iRecursiveLock unlock];

}

};

recursiveMethod(10);

});

}

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要注意NSRecursiveLock 只能在同一线程下递归调用。

从源码中可以看出，pthread的类型被设置成了RECURSIVE。

5、NSRecursiveLock锁

pthread_mutex：

pthread_mutex_init(pthread_mutex_t mutex,const pthread_mutexattr_t attr)初始化锁，pthread_mutexattr_t可用来设置锁的类型。pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t mutex);//加锁pthread_mutex_trylock(*pthread_mutex_t *mutex);//加锁，但是上面方法不一样的是当锁已经在使用的时候，返回为EBUSY，而不是挂起等待，成功返回0.失败返回错误信息pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);//释放锁pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);//使用完锁之后释放锁pthread_mutexattr_setpshared();//设置互斥锁的范围pthread_mutexattr_getpshared() //获取互斥锁的范围

直接上代码:

- (void)ny_pthread_mutex {

//非递归

pthread_mutex_t lock0;

pthread_mutex_init(&lock0, NULL);

pthread_mutex_lock(&lock0);

pthread_mutex_unlock(&lock0);

pthread_mutex_destroy(&lock0);

//递归

pthread_mutex_t lock;

pthread_mutexattr_t attr;

pthread_mutexattr_init(&attr);

pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);

pthread_mutex_init(&lock, &attr);

pthread_mutexattr_destroy(&attr);

pthread_mutex_lock(&lock);

pthread_mutex_unlock(&lock);

pthread_mutex_destroy(&lock);

}

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大部分锁都是基于pthread的封装。

dispatch_semaphore_t：

dispatch_semaphore_create(intptr_t value)创建信号量，并且创建的时候需要指定信号量的大小dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, diapatch_time_t timeout) 等待信号量，如果信号量值为0，那么该函数就会一直等待（相当于阻塞当前线程），直到该函数等待的信号量的值大于等于1，该函数会对信号量的值进行减1操作，然后返回。dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema) 发送信号量，该函数会对信号量的值进行加1操作。

写一个小例子:

- (void)lg_dispatch_semaphore_t {

dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

NSLog(@"任务1");

dispatch_semaphore_signal(sem);

});

dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

NSLog(@"任务2");

dispatch_semaphore_signal(sem);

});

dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

NSLog(@"任务3");

});

}

**2022-06-11 17:38:12.701495+0800 iOSLockDemo[4742:162810] 任务1**

**2022-06-11 17:38:12.702674+0800 iOSLockDemo[4742:162810] 任务2**

**2022-06-11 17:38:12.703386+0800 iOSLockDemo[4742:162810] 任务3**

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上一章我们已经了解过信号量了,这里不在过多阐述了。

6、读写锁

在开发过程中，我们经常需要达成多读，单写的操作。如何达成这一目的呢？

通过一个例子（来理解）：

self.iQueue = dispatch_queue_create("ny", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);//并发队列

- (NSString *)ny_read {

// 异步读取

__block NSString *ret;

dispatch_sync(self.iQueue, ^{

// 读取的代码

ret = self.dataDic[@"name"];

});

NSLog(@"%@",ret);

return ret;

}

- (void)ny_write: (NSString *)name {

// 写操作

dispatch_barrier_async(self.iQueue, ^{//栅栏

[self.dataDic setObject:name forKey:@"name"];

});

}

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分析:通过一个并发队列iQueue,写入时用栅栏函数dispatch_barrier_async写入数据，这个时候同队列后面添加的任务就会等待栅栏函数dispatch_barrier_async的任务完成在执行。如果没有写入任务，则读取的任务线程是并发的。 dispatch_sync的ny_read 外部用async来保证多读。(如下图：)

这是打印结果。

总结: 什么是线程安全？

多线程操作共享数据的时候不会出现意想不到的结果就叫线程安全，否则，就是线程不安全。原⼦属性是线程安全的吗？

原⼦属性只能保障set 或者 get的读写安全，但我们在使⽤属性的时候，往往既有set⼜有get，所以说原⼦属性并不是线程安全的。

⾃旋锁和互斥锁的区别

⾃旋锁: 在访问被锁的资源的时候，调⽤者线程不会休眠，⽽是不停循环在那⾥，直到被锁资源释放锁。（忙等）

互斥锁: 在访问被锁资源时，调⽤者线程会休眠，此时cpu可以调度其他线程⼯作。直到被锁的资源释放锁。然后再唤醒休眠线程。（闲等）

⾃旋锁的优点在于，因为⾃旋锁不会引起调⽤者线程休眠，所以不会进⾏线程调度，cpu时间⽚轮转等⼀些耗时的操作。所以如果能在很短的时间内获得锁，⾃旋锁的效率远⾼于互斥锁。

⾃旋锁缺点在于，⾃旋锁⼀直占⽤CPU，在未获得锁的情况下，⼀直⾃旋，相当于死循环，会⼀直占⽤着CPU，如果不能在很短的时间内获得锁，这⽆疑会使CPU效率降低。⽽且⾃旋锁不能实现递归调⽤。

⾃旋锁优先级反转的bug 当多个线程有优先级的时候，如果⼀个优先级低的线程先去访问某个数据，此时使⽤⾃旋锁进⾏了加锁，然后⼀个优先级⾼的线程⼜去访问这个数据，那么优先级⾼的线程因为优先级⾼会⼀直占着 CPU资源，此时优先级低的线程⽆法与优先级⾼的线程争夺 CPU 时间，从⽽导致任务迟迟完不成、锁⽆法释放。

由于⾃旋锁本身存在的这个问题，所以苹果在iOS10以后已经废弃了OSSpinLock。

也就是说除⾮⼤家能保证访问锁的线程全部都处于同⼀优先级，否则 iOS 系统中的⾃旋锁就不要去使⽤了。

NSCondition存在的虚假唤醒当线程从等待已发出信号的条件变量中醒来，却发现它等待的条件不满⾜时，就会发⽣虚假唤醒。

之所以称为虚假，是因为该线程似乎⽆缘⽆故地被唤醒了。但是虚假唤醒不会⽆缘⽆故发⽣：它们通常是因为在发出条件变量信号和等待线程最终运⾏之间，另⼀个线程运⾏并更改了条件。线程之间存在竞争条件，典型的结果是有时，在条件变量上唤醒的线程⾸先运⾏，赢得竞争，有时它运⾏

第⼆，失去竞争。

在许多系统上，尤其是多处理器系统上，虚假唤醒的问题更加严重，因为如果有多个线程在条件变量发出信号时等待它，系统可能会决定将它们全部唤醒，将每个signal( )唤醒⼀个线程视为 broadcast( )唤醒所有这些，从⽽打破了信号和唤醒之间任何可能预期的 1:1 关系。如果有 10 个线程在等待，那么只有⼀个会获胜，另外 9 个会经历虚假唤醒。

读写锁

读写锁的⽬的：多读单写:在同⼀时刻可以被多条线程进⾏读取数据的操作，但是在同⼀时刻只能有⼀条线程在写⼊数据。

读写互斥:在同以时刻，读和写不能同时进⾏。

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