多线程-访问公共资源引发数据安全分析

共享资源:
一块资源可能会被多个线程共享,也就是多个线程可能会访问同一块资源
比如多个线程访问统一个对象、同一个变量、同一个文件

当多个线程访问同一块资源时,很容易引发数据错乱和数据安全问题

之所以会出现数据错乱的问题,是由于CPU的工作特性,随机在不同的线程间进行调度.

先通过一段代码演示多线程下访问公共资源引发数据错乱的情景:

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController{
    
    NSInteger _totalCounts;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    _totalCounts = 10;
}

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

    NSThread *thread1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(demo) object:nil];
    NSThread *thread2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(demo) object:nil];
    
    [thread1 start];
    [thread2 start];
}

- (void)demo{
    
    for (int i = 0; i < 10 ;i ++) {
        
        if (_totalCounts > 0) {
            
            _totalCounts--;
            NSLog(@"%zd",_totalCounts);
            
        }else{
            
            NSLog(@"停止");
            break;
        }
    }
    
}

@end

这段代码中,两条子线程分别访问同一个成员变量并修改该成员变量的值,这里循环的次数比较少,如果想要出现数据错乱线程更明显一些,可以将循环次数变大,排除正常结果,在出现数据错乱的情景中,有两种典型的情况:

开始时先输出8,后输出9

2016-07-30 22:35:26.863 多线程访问共享资源[1580:253147] 8
2016-07-30 22:35:26.863 多线程访问共享资源[1580:253148] 9
2016-07-30 22:35:26.863 多线程访问共享资源[1580:253147] 7
2016-07-30 22:35:26.863 多线程访问共享资源[1580:253148] 6
2016-07-30 22:35:26.863 多线程访问共享资源[1580:253147] 5
2016-07-30 22:35:26.863 多线程访问共享资源[1580:253148] 4
2016-07-30 22:35:26.864 多线程访问共享资源[1580:253147] 3
2016-07-30 22:35:26.864 多线程访问共享资源[1580:253148] 2
2016-07-30 22:35:26.864 多线程访问共享资源[1580:253147] 1
2016-07-30 22:35:26.864 多线程访问共享资源[1580:253148] 0
2016-07-30 22:35:26.864 多线程访问共享资源[1580:253147] 停止
2016-07-30 22:35:26.864 多线程访问共享资源[1580:253148] 停止

分析:

多线程访问公共资源_1.png

1.假设蓝色线程先被执行,初始值10,进入循环
2._totalCounts--; 蓝色线程执行自减,此时公共资源的值变为9
3.在执行完自减,并在NSLog输出前,该线程进入阻塞状态,CPU切换到粉色线程执行任务
4.粉色线程初始值9,进入循环
5._totalCounts--; 粉色线程同样执行自减,此时公共资源的值变为8
6.粉色线程继续执行NSLog,输出结果8,粉色线程进入阻塞状态
7.再次切换回蓝色线程执行下一句代码NSLog,之前记录的结果为9,所以打印结果为9

从而出现先打印8,后打印9的现象

开始时连续输出两个9

这种情况模拟时出现的概率比较低,直接分析结果:

多线程访问公共资源_2.png

1.假设蓝色线程先被执行,初始值10,进入循环
2.在执行自减操作前蓝色线程就进入阻塞状态,此时公共资源的值仍为10
3.CPU切换到粉色线程执行任务,粉色线程初始值10,进入循环
4._totalCounts--; 粉色线程执行自减,此时公共资源的值变为9
5.粉色线程继续执行NSLog,输出结果9,粉色线程进入阻塞状态
6.再次切换回蓝色线程,根据上一次操作记录(初始值10,满足条件进入循环)继续执行任务,执行自减操作,此时totalCounts由10变为9
7.执行NSLog,打印结果为9

从而导致出现开始连续两次打印9 的现象

正因为CPU的这种工作特性,如果使用多线程,不对公共资源做处理,就会造成数据安全问题,除了上述的两种典型情况外,还有其他情况,例如:

2016-07-30 23:16:04.960 多线程访问共享资源[1725:297008] 8
2016-07-30 23:16:04.960 多线程访问共享资源[1725:297009] 9
2016-07-30 23:16:04.961 多线程访问共享资源[1725:297008] 7
2016-07-30 23:16:04.961 多线程访问共享资源[1725:297009] 6
2016-07-30 23:16:04.961 多线程访问共享资源[1725:297008] 5
2016-07-30 23:16:04.961 多线程访问共享资源[1725:297009] 4
2016-07-30 23:16:04.961 多线程访问共享资源[1725:297008] 3
2016-07-30 23:16:04.962 多线程访问共享资源[1725:297009] 2
2016-07-30 23:16:04.962 多线程访问共享资源[1725:297008] 1
2016-07-30 23:16:04.962 多线程访问共享资源[1725:297008] 停止
2016-07-30 23:16:04.962 多线程访问共享资源[1725:297009] 0
2016-07-30 23:16:04.962 多线程访问共享资源[1725:297009] 停止

多线程-访问公共资源引发数据安全分析

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