iOS的线程安全与锁

转载：http://www.cocoachina.com/ios/20171218/21570.html

一、什么是线程安全？

        多线程操作共享数据不会出现想不到的结果就是线程安全的，否则，是线程不安全的。比如：多个线程同时访问或读取同一共享数据，每个线程的读到的数据都是一样的，也就不存在线程不安全。如果多个线程对同一资源进行读写操作，那么每个线程读到的结果就是不可预料的，线程是不安全的。

        因此，线程安全，一定是对多线程而言的；单个线程，不存在线程安全问题。

二、多线程锁

        多线程安全的解决方法就是加锁。

        引用 ibireme 在《不再安全的 OSSpinLock》中的一张图片说明加解锁的效率：

         

     

下面会对这些锁的实现原理和用法做简单的总结和处理（详细的实现原理，可以看 bestswift 的这篇文章《深入理解 iOS 开发中的锁》）：

OSSpinLock：

自旋锁的实现原理比较简单，就是死循环。当a线程获得锁以后，b线程想要获取锁就需要等待a线程释放锁。在没有获得锁的期间，b线程会一直处于忙等的状态。如果a线程在临界区的执行时间过长，则b线程会消耗大量的cpu时间，不太划算。所以，自旋锁用在临界区执行时间比较短的环境性能会很高。

自旋锁的代码实现：

# import  OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
OSSpinLockLock(&lock);
//需要执行的代码
OSSpinLockUnlock(&lock);
//OSSPINLOCK_DEPRECATED_REPLACE_WITH(os_unfair_lock)
//苹果在OSSpinLock注释表示被废弃，改用不安全的锁替代

dispatch_semaphore：

dispatch_semaphore实现的原理和自旋锁有点不一样。首先会先将信号量减一，并判断是否大于等于0，如果是，则返回0，并继续执行后续代码，否则，使线程进入睡眠状态，让出cpu时间。直到信号量大于0或者超时，则线程会被重新唤醒执行后续操作。

dispatch_semaphore_t lock = dispatch_semaphore_create( 1 );     //传入的参数必须大于或者等于0，否则会返回Null
long wait = dispatch_semaphore_wait(lock, DISPATCH_TIME_FOREVER);     //wait = 0，则表示不需要等待，直接执行后续代码；wait != 0，则表示需要等待信号或者超时，才能继续执行后续代码。lock信号量减一，判断是否大于0，如果大于0则继续执行后续代码；lock信号量减一少于或者等于0，则等待信号量或者超时。
//需要执行的代码
long signal = dispatch_semaphore_signal(lock);     //signal = 0，则表示没有线程需要其处理的信号量，换句话说，没有需要唤醒的线程；signal != 0，则表示有一个或者多个线程需要唤醒，则唤醒一个线程。（如果线程有优先级，则唤醒优先级最高的线程，否则，随机唤醒一个线程。）

pthread_mutex：

pthread_mutex表示互斥锁，和信号量的实现原理类似，也是阻塞线程并进入睡眠，需要进行上下文切换。

pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_NORMAL);

pthread_mutex_t lock;
pthread_mutex_init(&lock, &attr);     //设置属性

pthread_mutex_lock(&lock);     //上锁
//需要执行的代码
pthread_mutex_unlock(&lock);     //解锁

NSLock：

NSLock在内部封装了一个 pthread_mutex，属性为 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK。

NSLock *lock = [NSLock  new ];
[lock lock];
//需要执行的代码
[lock unlock];

NSCondition：

NSCondition封装了一个互斥锁和条件变量。互斥锁保证线程安全，条件变量保证执行顺序。

NSCondition *lock = [NSCondition  new ];
[lock lock];
//需要执行的代码
[lock unlock];

pthread_mutex(recursive)：

pthread_mutex锁的一种，属于递归锁。一般一个线程只能申请一把锁，但是，如果是递归锁，则可以申请很多把锁，只要上锁和解锁的操作数量就不会报错。

pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);

pthread_mutex_t lock;
pthread_mutex_init(&lock, &attr);     //设置属性

pthread_mutex_lock(&lock);     //上锁
//需要执行的代码
pthread_mutex_unlock(&lock);     //解锁

NSRecursiveLock：

递归锁，pthread_mutex(recursive)的封装。

NSRecursiveLock *lock = [NSRecursiveLock  new ];
[lock lock];
//需要执行的代码
[lock unlock];

NSConditionLock：

NSConditionLock借助 NSCondition 来实现，本质是生产者-消费者模型。

NSConditionLock *lock = [NSConditionLock  new ];
[lock lock];
//需要执行的代码
[lock unlock];

@synchronized：

一个对象层面的锁，锁住了整个对象，底层使用了互斥递归锁来实现。

NSObject *object = [NSObject  new ];
@synchronized(object) {
  //需要执行的代码
}

三、总结

这里只是一些简单的总结，更多深入的研究请自行 Google。

参考：

深入理解 iOS 开发中的锁

不再安全的 OSSpinLock

Threading Programming Guide

关于 @synchronized，这儿比你想知道的还要多

OS中保证线程安全的几种方式与性能对比

iOS 常见知识点（三）：Lock

iOS多线程到底不安全在哪里？