iOS Lock的介绍
锁是最常用的同步工具。一段代码段在同一个时间只能允许被有限个线程访问，比如一个线程 A 进入需要保护代码之前添加简单的互斥锁，另一个线程 B 就无法访问，只有等待前一个线程 A 执行完被保护的代码后解锁，B 线程才能访问被保护代码。
普通的锁NSLock 遵循 NSLocking 协议，lock 方法是加锁，unlock 是解锁，tryLock 是尝试加锁，如果失败的话返回 NO，lockBeforeDate: 是在指定Date之前尝试加锁，如果在指定时间之前都不能加锁，则返回NO
NSLock *lock=[[NSLock alloc] init];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[lock lock];
NSLog(@"线程1");
sleep(10);
[lock unlock];
NSLog(@"线程1解锁成功");
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
if ([lock tryLock]) {
NSLog(@"线程2");
[lock unlock];
}else{
NSLog(@"尝试加锁失败");
}
[lock unlock];
});
条件锁 NSConditionLock
@interface NSConditionLock : NSObject <NSLocking> {
@private
void *_priv;
}
- (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;
@property (nullable, copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
@end
NSConditionLock 和 NSLock 类似，都遵循 NSLocking 协议，方法都类似，只是多了一个 condition 属性，以及每个操作都多了一个关于 condition 属性的方法，例如 tryLock，tryLockWhenCondition:，NSConditionLock 可以称为条件锁，只有 condition 参数与初始化时候的 condition 相等，lock 才能正确进行加锁操作。而 unlockWithCondition: 并不是当 Condition 符合条件时才解锁，而是解锁之后，修改 Condition 的值，这个结论可以从下面的例子中得出。
//主线程中
NSConditionLock *lock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:0];
//线程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[lock lockWhenCondition:1];
NSLog(@"线程1");
sleep(2);
[lock unlock];
});
//线程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);//以保证让线程2的代码后执行
if ([lock tryLockWhenCondition:0]) {
NSLog(@"线程2");
[lock unlockWithCondition:2];
NSLog(@"线程2解锁成功");
} else {
NSLog(@"线程2尝试加锁失败");
}
});
//线程3
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(2);//以保证让线程2的代码后执行
if ([lock tryLockWhenCondition:2]) {
NSLog(@"线程3");
[lock unlock];
NSLog(@"线程3解锁成功");
} else {
NSLog(@"线程3尝试加锁失败");
}
});
//线程4
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(3);//以保证让线程2的代码后执行
if ([lock tryLockWhenCondition:2]) {
NSLog(@"线程4");
[lock unlockWithCondition:1];
NSLog(@"线程4解锁成功");
} else {
NSLog(@"线程4尝试加锁失败");
}
});
2016-08-19 13:51:15.353 ThreadLockControlDemo[1614:110697] 线程2
2016-08-19 13:51:15.354 ThreadLockControlDemo[1614:110697] 线程2解锁成功
2016-08-19 13:51:16.353 ThreadLockControlDemo[1614:110689] 线程3
2016-08-19 13:51:16.353 ThreadLockControlDemo[1614:110689] 线程3解锁成功
2016-08-19 13:51:17.354 ThreadLockControlDemo[1614:110884] 线程4
2016-08-19 13:51:17.355 ThreadLockControlDemo[1614:110884] 线程4解锁成功
2016-08-19 13:51:17.355 ThreadLockControlDemo[1614:110884] 线程1
上面代码先输出了 ”线程 2“，因为线程 1 的加锁条件不满足，初始化时候的 condition 参数为 0，而加锁条件是 condition 为 1，所以加锁失败。locakWhenCondition 与 lock 方法类似，加锁失败会阻塞线程，所以线程 1 会被阻塞着，而 tryLockWhenCondition 方法就算条件不满足，也会返回 NO，不会阻塞当前线程。
回到上面的代码，线程 2 执行了 [lock unlockWithCondition:2]; 所以 Condition 被修改成了 2。
而线程 3 的加锁条件是 Condition 为 2， 所以线程 3 才能加锁成功，线程 3 执行了 [lock unlock]; 解锁成功且不改变 Condition 值。
线程 4 的条件也是 2，所以也加锁成功，解锁时将 Condition 改成 1。这个时候线程 1 终于可以加锁成功，解除了阻塞。
从上面可以得出，NSConditionLock 还可以实现任务之间的依赖。
递归锁NSRecursiveLock 是递归锁，他和 NSLock 的区别在于，NSRecursiveLock 可以在一个线程中重复加锁（反正单线程内任务是按顺序执行的，不会出现资源竞争问题），NSRecursiveLock 会记录上锁和解锁的次数，当二者平衡的时候，才会释放锁，其它线程才可以上锁成功。
NSRecursiveLock *lock=[[NSRecursiveLock alloc] init];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
static void (^RecursiveBlock)(int);
RecursiveBlock = ^(int value){
[lock lock];
if (value > 0) {
NSLog(@"value = %d",value);
RecursiveBlock(value - 1);
}
[lock unlock];
};
RecursiveBlock(2);
});
static void (^digui)(int);
digui = ^(int value){
if (value>0) {
NSLog(@"----%d",value);
digui(value-1);
}
};
digui(10000000000);
等待锁NSCondition 的对象实际上作为一个锁和一个线程检查器，锁上之后其它线程也能上锁，而之后可以根据条件决定是否继续运行线程，即线程是否要进入 waiting 状态，经测试，NSCondition 并不会像上文的那些锁一样，先轮询，而是直接进入 waiting 状态，当其它线程中的该锁执行 signal 或者 broadcast 方法时，线程被唤醒，继续运行之后的方法。
NSCondition *lock=[[NSCondition alloc] init];
NSMutableArray *array=[NSMutableArray new];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[lock lock];
while (!array.count) {
[lock wait];
}
[array removeAllObjects];
NSLog(@"array remove all");
[lock unlock];
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
[lock lock];
[array addObject:@1];
NSLog(@"array addobject@1");
[lock signal];//其中 signal 和 broadcast 方法的区别在于，signal 只是一个信号量，只能唤醒一个等待的线程，想唤醒多个就得多次调用，而 broadcast 可以唤醒所有在等待的线程。如果没有等待的线程，这两个方法都没有作用。
[lock unlock];
});
同步锁@synchronized(object) 指令使用的 object 为该锁的唯一标识，只有当标识相同时，才满足互斥，所以如果线程 2 中的 @synchronized(self) 改为@synchronized(self.view)，则线程2就不会被阻塞，@synchronized 指令实现锁的优点就是我们不需要在代码中显式的创建锁对象，便可以实现锁的机制，但作为一种预防措施，@synchronized 块会隐式的添加一个异常处理例程来保护代码，该处理例程会在异常抛出的时候自动的释放互斥锁。@synchronized 还有一个好处就是不用担心忘记解锁了
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
@synchronized (nil) {
sleep(2);
NSLog(@"线程1");
}
NSLog(@"线程1解锁成功");
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
@synchronized (nil) {
NSLog(@"线程2");
}
});
dispatch_semaphore
dispatch_semaphore 是 GCD 用来同步的一种方式，与他相关的只有三个函数，一个是创建信号量，一个是等待信号，一个是发送信号。
dispatch_semaphore_create(long value);
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t _Nonnull dsema, dispatch_time_t timeout);
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t _Nonnull dsema);
dispatch_semaphore 和 NSCondition 类似，都是一种基于信号的同步方式，但 NSCondition 信号只能发送，不能保存（如果没有线程在等待，则发送的信号会失效）。而 dispatch_semaphore 能保存发送的信号。dispatch_semaphore 的核心是 dispatch_semaphore_t 类型的信号量。
dispatch_semaphore_create(1) 方法可以创建一个 dispatch_semaphore_t 类型的信号量，设定信号量的初始值为 1。注意，这里的传入的参数必须大于或等于 0，否则 dispatch_semaphore_create 会返回 NULL。
dispatch_semaphore_wait(signal, overTime); 方法会判断 signal 的信号值是否大于 0。大于 0 不会阻塞线程，消耗掉一个信号，执行后续任务。如果信号值为 0，该线程会和 NSCondition 一样直接进入 waiting 状态，等待其他线程发送信号唤醒线程去执行后续任务，或者当 overTime 时限到了，也会执行后续任务。
dispatch_semaphore_signal(signal); 发送信号，如果没有等待的线程接受信号，则使 signal 信号值加一（做到对信号的保存）。
从上面的实例代码可以看到，一个 dispatch_semaphore_wait(signal, overTime); 方法会去对应一个 dispatch_semaphore_signal(signal); 看起来像 NSLock 的 lock 和 unlock，其实可以这样理解，区别只在于有信号量这个参数，lock unlock 只能同一时间，一个线程访问被保护的临界区，而如果 dispatch_semaphore 的信号量初始值为 x ，则可以有 x 个线程同时访问被保护的临界区
dispatch_semaphore_t signal = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_time_t overtime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3 * NSEC_PER_SEC);
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
dispatch_semaphore_wait(signal, overtime);
sleep(2);
NSLog(@"线程1");
dispatch_semaphore_signal(signal);
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
dispatch_semaphore_wait(signal, overtime);
NSLog(@"线程2");
dispatch_semaphore_signal(signal);
});
OSSpinLock 是一种自旋锁，也只有加锁，解锁，尝试加锁三个方法。和 NSLock 不同的是 NSLock 请求加锁失败的话，会先轮询，但一秒过后便会使线程进入 waiting 状态，等待唤醒。而 OSSpinLock 会一直轮询，等待时会消耗大量 CPU 资源，不适用于较长时间的任务。
__block OSSpinLock theLock = OS_SPINLOCK_INIT;
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
OSSpinLockLock(&theLock);
NSLog(@"线程1");
sleep(10);
OSSpinLockUnlock(&theLock);
NSLog(@"线程1解锁成功");
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
OSSpinLockLock(&theLock);
NSLog(@"线程2");
OSSpinLockUnlock(&theLock);
});
拿上面的输出结果和上文 NSLock 的输出结果做对比，会发现 sleep(10) 的情况，OSSpinLock 中的“线程 2”并没有和”线程 1解锁成功“在一个时间输出，而 NSLock 这里是同一时间输出，而是有一点时间间隔，所以 OSSpinLock 一直在做着轮询，而不是像 NSLock 一样先轮询，再 waiting 等唤醒。
pthread_mutex
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