iOS執行緒鎖中你還不知道的內容

iOS執行緒鎖

一：十種執行緒鎖
我們在使用多執行緒的時候多個執行緒可能會訪問同一塊資源，這樣就很容易引發資料錯亂和資料安全等問題，這時候就需要我們保證每次只有一個執行緒訪問這一塊資源，鎖 應運而生，
這里順便提一下,上鎖的兩種方式trylock和lock使用場景：
當前執行緒鎖失敗，也可以繼續其它任務，用 trylock 合適
當前執行緒只有鎖成功后，才會做一些有意義的作業，那就 lock，沒必要輪詢 trylock
以下是十種執行緒鎖所用時間：

1、OSSpinLock (自旋鎖)
測驗中效率最高的鎖, 不過經YYKit作者確認, OSSpinLock已經不再執行緒安全,OSSpinLock有潛在的優先級反轉問題

需要匯入頭檔案
#import <libkern/OSAtomic.h>
// 初始化
OSSpinLock spinLock = OS_SPINLOCK_INIT;
// 加鎖
OSSpinLockLock(&spinLock);
// 解鎖
OSSpinLockUnlock(&spinLock);
// 嘗試加鎖，可以加鎖則立即加鎖并回傳 YES,反之回傳 NO
OSSpinLockTry(&spinLock)
/*
注:蘋果爸爸已經在iOS10.0以后廢棄了這種鎖機制,使用os_unfair_lock 替換,
顧名思義能夠保證不同優先級的執行緒申請鎖的時候不會發生優先級反轉問題.
*/

2、os_unfair_lock(互斥鎖)

需要匯入頭檔案
#import <os/lock.h>
// 初始化
os_unfair_lock unfair_lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
// 加鎖
os_unfair_lock_lock(&unfair_lock);
// 解鎖
os_unfair_lock_unlock(&unfair_lock);
// 嘗試加鎖，可以加鎖則立即加鎖并回傳 YES,反之回傳 NO
os_unfair_lock_trylock(&unfair_lock);
/*
注:解決不同優先級的執行緒申請鎖的時候不會發生優先級反轉問題.
不過相對于 OSSpinLock , os_unfair_lock性能方面減弱了許多.
*/

3、dispatch_semaphore (信號量)

// 初始化
dispatch_semaphore_t semaphore_t = dispatch_semaphore_create(1);
// 加鎖
dispatch_semaphore_wait(semaphore_t,DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 解鎖
dispatch_semaphore_signal(semaphore_t);
/*
注: dispatch_semaphore  其他兩個功能
1.還可以起到阻塞執行緒的作用.
2.可以實作定時器功能,這里不做過多介紹.
*/

4、pthread_mutex(互斥鎖)

需要匯入頭檔案
#import <pthread/pthread.h>
// 初始化(兩種)
1.普通初始化
pthread_mutex_t mutex_t;
pthread_mutex_init(&mutex_t, NULL); 
2.宏初始化
pthread_mutex_t mutex =PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
// 加鎖
pthread_mutex_lock(&mutex_t);
// 解鎖
pthread_mutex_unlock(&mutex_t);
// 嘗試加鎖，可以加鎖時回傳的是 0，否則回傳一個錯誤
pthread_mutex_trylock(& mutex_t)

5、NSLock(互斥鎖、物件鎖)

// 初始化
NSLock *_lock = [[NSLock alloc]init];
// 加鎖
[_lock lock];
// 解鎖
[_lock unlock];
// 嘗試加鎖，可以加鎖則立即加鎖并回傳 YES,反之回傳 NO
[_lock tryLock];

6、NSCondition(條件鎖、物件鎖)

// 初始化
NSCondition *_condition= [[NSCondition alloc]init];
// 加鎖
[_condition lock];
// 解鎖
[_condition unlock];
/*
其他功能介面
wait 進入等待狀態
waitUntilDate:讓一個執行緒等待一定的時間
signal 喚醒一個等待的執行緒
broadcast 喚醒所有等待的執行緒
注: 所測時間波動太大, 有時候會快于 NSLock, 我取得中間值.
*/

7、NSConditionLock(條件鎖、物件鎖)

// 初始化
NSConditionLock *_conditionLock = [[NSConditionLock alloc]init];
// 加鎖
[_conditionLock lock];
// 解鎖
[_conditionLock unlock];
// 嘗試加鎖，可以加鎖則立即加鎖并回傳 YES,反之回傳 NO
[_conditionLock tryLock];
/*
其他功能介面
- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition NS_DESIGNATED_INITIALIZER; //初始化傳入條件
- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition;//條件成立觸發鎖
- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition;//嘗試條件成立觸發鎖
- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition;//條件成立解鎖
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;//觸發鎖 在等待時間之內
- (BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit;//觸發鎖 條件成立 并且在等待時間之內
*/

8、NSRecursiveLock(遞回鎖、物件鎖)

// 初始化
NSRecursiveLock *_recursiveLock = [[NSRecursiveLock alloc]init];
// 加鎖
[_recursiveLock lock];
// 解鎖
[_recursiveLock unlock];
// 嘗試加鎖，可以加鎖則立即加鎖并回傳 YES,反之回傳 NO
[_recursiveLock tryLock];
/*
注: 遞回鎖可以被同一執行緒多次請求，而不會引起死鎖，
即在同一執行緒中在未解鎖之前還可以上鎖, 執行鎖中的代碼，
這主要是用在回圈或遞回操作中，
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;//觸發鎖 在等待時間之內
*/

9、@synchronized()遞回鎖

// 初始化
@synchronized(鎖物件){
}
底層封裝的pthread_mutex的PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 模式,
鎖物件來表示是否為同一把鎖

10、pthread_mutex(recursive)(遞回鎖)

// 初始化
pthread_mutex_t mutex_t;
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr); //初始化attr并且給它賦予默認pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE); //設定鎖型別，這邊是設定為遞回鎖
pthread_mutex_init(&mutex_t, &attr);
pthread_mutexattr_destroy(&attr); //銷毀一個屬性物件，在重新進行初始化之前該結構不能重新使用
// 加鎖
pthread_mutex_lock(&mutex_t);
// 解鎖
pthread_mutex_unlock(&mutex_t);
/*
注: 遞回鎖可以被同一執行緒多次請求，而不會引起死鎖，
即在同一執行緒中在未解鎖之前還可以上鎖, 執行鎖中的代碼，
這主要是用在回圈或遞回操作中，
*/

二：鎖的型別
1、自旋鎖
OSSpinLock 就是典型的自旋鎖
自旋鎖的特點是在沒有獲取到鎖時既鎖已經被添加,還沒有被解開時. OSSpinLock處于忙等狀態,一直占用CPU資源,類似如下偽代碼:

while(鎖沒解開);

關于優先級反轉問題
由于執行緒調度,每條執行緒的分配時間權重不一樣,當權重小的執行緒先進入OSSpinLock優先加鎖,當權重大的執行緒再來訪問,就阻塞在這,可能權重大的執行緒會一直分配到cpu所以一直會進來,但是因為有鎖,只能等待,權重小的執行緒得不到cpu資源分配,所以不會解鎖,造成一定程度的死鎖.

2、互斥鎖
os_unfair_lock 、pthread_mutex是典型的互斥鎖,在沒有獲取到鎖時既鎖已經被添加,還沒有被解開時.
它們都會讓當前執行緒進入休眠狀態既不占用CPU資源,但是為什么,互斥鎖比自旋鎖的效率低呢,是因為休眠,以及喚醒休眠,比忙等更加消耗CPU資源.

NSLock 封裝的pthread_mutex的PTHREAD_MUTEX_NORMAL 模式
NSRecursiveLock 封裝的pthread_mutex的PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 模式

3、條件鎖
在一定條件下,讓其等待休眠,并放開鎖,等接收到信號或者廣播,會從新喚起執行緒,并重新加鎖.

pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
// 信號
pthread_cond_signal(&_cond);
// 廣播
pthread_cond_broadcast(&_cond);

像NSCondition封裝了pthread_mutex的以上幾個函式，NSConditionLock封裝了NSCondition

4、遞回鎖
遞回鎖的主要意思是,同一條執行緒可以加多把鎖.什么意思呢,就是相同的執行緒訪問一段代碼,如果是加鎖的可以繼續加鎖,繼續往下走,不同執行緒來訪問這段代碼時,發現有鎖要等待所有鎖解開之后才可以繼續往下走.

NSRecursiveLock 封裝的pthread_mutex 的PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE模式

文章來源：https://www.jianshu.com/p/74702b6b8fe0
作者：農大饒奇