摘自《iOS程序员面试笔试宝典》
什么是线程死锁
在讲解线程死锁前，首先看下面代码有什么问题?
int main(int argc, char * argv[]) {
NSLog(@"1");
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"2");
});
NSLog(@"3");
return 0;
}
在上述代码中，main函数中第二句代码在主线程上使用了dispatch_sync同步向主线程派发任务，而同步派发要等到任务完成后才能返回，阻塞当前线程。也就是说，执行到此处，主线程被阻塞，同时又要等主线程执行完成该任务，造成主线程自身的等待循环，也就是死锁。程序运行到此处会崩溃。将dispatch_sync改为dispatch_async异步派发任务即可避免死锁，或者将任务派发到其他队列上而不是主队列。
dispatch_barrier_async的作用是什么
通过dispatch_barrier_async添加的操作会暂时阻塞当前队列，即等待前面的并发操作都完成后执行该阻塞操作，待其完成后后面的并发操作才可继续。可以将其比喻为一根霸道的独木桥，是并发队列中的一个并发障碍点，或者说中间瓶颈，临时阻塞并独占。注意，dispatch_barrier_async只有在并发队列中才能起作用，在串行队列中队列本身就是独木桥，将失去其意义。
dispatch_barrier_async阻塞队列
可见使用dispatch_barrier_async可以实现类似dispatch_group_t组调度的效果，同时主要的作用是避免数据竞争，高效访问数据。
/*创建并发队列*/
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("test.concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
/*添加两个并发操作A和B，即A和B会并发执行*/
dispatch_async(concurrentQueue, ^{
NSLog(@"OperationA");
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^{
NSLog(@"OperationB");
});
/*添加barrier障碍操作，会等待前面的并发操作结束，并暂时阻塞后面的并发操作直到其完成*/
dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{
NSLog(@"OperationBarrier!");
});
/*继续添加并发操作C和D，要等待barrier障碍操作结束才能开始*/
dispatch_async(concurrentQueue, ^{
NSLog(@"OperationC");
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^{
NSLog(@"OperationD");
});
程序的输出结果为：
如何理解线程安全
在实际开发中，如果在程序中使用了多线程技术，那么有可能会遇到同一块资源被多个线程共享的情况，也就是多个线程可能会访问同一块资源，如多个线程访问同一对象、变量、文件等。因此，当多个线程访问同一块资源时，很容易会发生数据错误及数据不安全等问题。
要避免这种因争夺资源而导致的数据安全问题，需要使用“线程锁”来解决，即在同一时间段内，只允许一个线程来使用资源。在iOS开发中主要使用如下几种线程锁技术。
1.@synchronized关键字
使用@synchronized能够很方便地隐式创建锁对象。示例代码如下：
- (void)testSynchronized{
Animal *someone = [Animal new];
/*线程A*/
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
@synchronized (someone) {
NSLog(@"线程 A=%@",[NSThread currentThread]);
someone.name = @"123";
[NSThread sleepForTimeInterval:5];
}
});
/*线程B*/
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
@synchronized (someone) {
NSLog(@"线程 B=%@",[NSThread currentThread]);
someone.name = @" ";
}
});
}
程序的输出结果为：
可以发现线程B访问资源的时间比线程A要晚5s。关键字@synchronized将实例对象someone设定为锁的唯一标识，只有标识相同时，才满足互斥。如果线程B中锁的标识改为其他对象，那么线程B将不会被阻塞。
2.NSLock
NSLock对象是iOS中为了保证临界资源的原子性操作和临界区的原子性执行而封装的。需要注意的是，NSLock对象中的unlock操作必须与lock操作使用相同的线程，否则会出现未知错误。此外，同一线程在lock之后，未unlock之前，再次lock会导致永久性死锁。
示例代码如下：
- (void)testNSLock {
Animal *someone = [Animal new];
/*创建锁对象*/
NSLock *alock = [[NSLock alloc]init];
/*线程A*/
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
/*尝试上锁*/
if ([alock tryLock]) {//[alock lock]
NSLog(@"线程 A=%@",[NSThread currentThread]);
someone.name = @"123";
[NSThread sleepForTimeInterval:5];
/*开锁*/
[alock unlock];
}
});
/*线程B*/
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
if ([alock tryLock]) {//[alock lock];
NSLog(@"线程 B=%@",[NSThread currentThread]);
someone.name = @"123";
[alock unlock];
}
});
}
程序的输出结果为：
结果显示线程B在等待线程A解锁之后，才会执行程序。如果线程B将lock和unlock方法去掉之后而不会被阻塞，那么这个和synchronized的一样，需要使用相同的锁对象才会互斥。
除了NSLock之外，iOS还提供了NSRecursiveLock类和NSConditionLock类，前者通常在递归操作中使用，后者可以创建一个指定开锁条件的锁对象，只有满足条件，才能开锁。
3.GCD
GCD提供了一种信号的机制，使用它可以创建锁。信号量是一个整型值并且具有一个初始计数值，可支持两个操作：信号通知和等待。当一个信号量被信号通知，其计数会被增加。当一个线程在一个信号量上等待时，线程会被阻塞（如果有必要），直至计数器大于零，然后线程会减少这个计数。
在GCD中有3个函数是semaphore的操作。
semaphore操作的3个函数
简单地介绍这3个函数，第一个函数有一个整型的参数，可以理解为信号的总量；dispatch_semaphore_signal是发送一个信号，自然会让信号总量加1；dispatch_semaphore_wait是等待信号，当信号总量少于0的时候就会一直等待，否则就可以正常地执行，并让信号总量-1。根据这样的原理，可以快速地创建一个并发控制来同步任务和有限资源访问控制。示例代码如下：
- (void)testGCD{
Animal *someone = [Animal new];
dispatch_semaphore_t semaphone = dispatch_semaphore_create(1);
/*线程 A*/
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
/*等待，如果信号大于0，那么继续并减少一个信号*/
dispatch_semaphore_wait(semaphone, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"线程A=%@",[NSThread currentThread]);
someone.name = @"123";
[NSThread sleepForTimeInterval:5];
/*信号加1*/
dispatch_semaphore_signal(semaphone);
});
/*线程B*/
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
dispatch_semaphore_wait(semaphone, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"线程B=%@",[NSThread currentThread]);
someone.name = @"456";
dispatch_semaphore_signal(semaphone);
});
}
程序的输出结果为：
如何实现Cocoa中多线程的安全
Cocoa中多线程编程的实现如下：
1）Objective-C语言本身的NSThread。
2）基于C语言封装的GCD。
3）GCD的Objective-C封装NSOperation（NSOperationQueue)。
4）兼容C语言的pthread。
多线程的应用场景如下：
1）在避免主线程阻塞，影响界面流畅性时，会利用多线程将耗时操作放到后台等其他线程执行，执行结束后再同步到主线程。
2）大任务的分割并行要利用多线程实现，例如下载一张大图片，可以将图片分割成多个部分在多个线程上并行下载，下载完成后再拼接起来提高效率。
3）并发任务的实现需要多线程，指的是某些任务并非先后排队执行，而必须是并发的、时间上会重合的，就需要将这些任务放置在不同的线程上执行（这里从多线程的使用层次来说，不考虑系统级的分时复用）。
多线程安全的解决办法如下：
1）对于UI界面的刷新访问操作要保证在主线程上，防止不能及时响应造成意想不到的结果。
2）应用多线程要防止数据资源的抢夺，可通过使用@synchronized进行加锁在临界区安全地访问数据。
3）尽量使用GCD开发多线程程序，防止线程安全的问题，因为GCD是经过优化的且很多函数默认就是线程安全的，可以大大减少开发过程中的线程安全问题。
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