多线程操作过程中往往多个线程是并发执行的，当多个线程同时访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题，这时可以利用线程同步技术，常见的线程同步技术即加锁。
iOS中的线程同步方案:性能从高到低排序
- os_unfair_lock
- OSSpinLock
- dispatch_semaphore
- pthread_mutex
- dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
- NSLock
- NSCondition
- pthread_mutex(recursive)
- NSRecursiveLock
- NSConditionLock
- @synchronized
一、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
- 需要导入头文件
#import <libkern/OSAtomic.h>
//初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
//加锁
OSSpinLockLock(&lock);
//尝试加锁(如果需要等待就不加锁，直接返回false;如果不需要等待就加锁，返回true)
bool result = OSSpinLockTry(& lock);
//解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);
二、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>
//初始化
os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
//尝试加锁
bool result = os_unfair_lock_trylock(&lock);
//加锁
os_unfair_lock_lock(&lock);
//解锁
os_unfair_lock_unlock(&lock);
三、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>
1、pthread_mutex普通锁
// 初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);
//加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
//尝试加锁
pthread_mutex_trylock(&mutex);
//解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// 销毁属性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
//销毁锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);
2、pthread_mutex-递归锁
- 允许同一个线程对一把锁进行重复加锁
// 初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);
3、pthread_mutex-条件锁
// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 初始化条件
pthread_cond_t cond;
pthread_cond_init(&cond, NULL);
//加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
//解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
//等待条件（进入休眠，放开mutex锁；被唤醒后，会再次对mutex加锁）
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
//激活一个等待该条件的线程
pthread_cond_signal(&cond);
//激活所有等待该条件的线程
pthread_cond_broadcast(&cond);
//销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);
四、NSLock、NSRecursiveLock
- NSLock是对mutex普通锁的封装
//初始化锁
NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
//加锁
[lock lock];
//解锁
[lock unlock];
- NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致
五、NSCondition
- NSCondition是对mutex和cond的封装
- (void)wait;
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit;
- (void)signal;
- (void)broadcast;
六、NSConditionLock
- NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值
- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition NS_DESIGNATED_INITIALIZER;
@property (readonly) NSInteger condition;
- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
- (BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit;
七、dispatch_semaphore
- 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
//初始化信号量
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
// 如果信号量的值 > 0，就让信号量的值减1，然后继续往下执行代码
// 如果信号量的值 <= 0，就会休眠等待，直到信号量的值变成>0，就让信号量的值减1，然后继续往下执行代码
// 让信号量的值+1
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
八、dispatch_queue
- 使用dispatch_queue串行队列也可以实现线程同步
dispatch_queue__t queue = dispatch_queue_create("ticketQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(queue, ^{
//任务
});
九、@synchronized
- @synchronized是对mutex递归锁的封装
- @synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作
@synchronized(lock) {
//任务
}
自旋锁、互斥锁比较
-
什么情况使用自旋锁比较划算？
1、预计线程等待锁的时间很短
2、加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生
3、CPU资源不紧张
4、多核处理器 -
什么情况使用互斥锁比较划算？
1、预计线程等待锁的时间较长
2、单核处理器
3、临界区有IO操作
4、临界区代码复杂或者循环量大
5、临界区竞争非常激烈
iOS中的读写安全方案
以下场景就是典型的“多读单写”，经常用于文件等数据的读写操作
1、同一时间，只能有1个线程进行写的操作
2、同一时间，允许有多个线程进行读的操作
3、同一时间，不允许既有写的操作，又有读的操作
iOS中的实现方案有：
一、 pthread_rwlock：读写锁
image.png
二、 dispatch_barrier_async：异步栅栏调用
- 这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的
-
如果传入的是一个串行或是一个全局的并发队列，那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果
image.png
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