多线程(五)多线程编程中的安全隐患

在上一篇文章中，主要讲解了多线程相关的一些概念，包括线程、多线程编程及优缺点，现在我们就来深入探讨一下安全隐患中的数据竞争问题。

数据竞争是指不同的线程，对同一个数据都具有修改权限，假如都对数据进行更新，可能会造成数据紊乱，出现错误的结果。

经典案例

案例1.银行存取款。

存钱和取钱都需要先将用户余额取出，然后对其进行加减操作，再将余额存进账户中。这里就会存在不同的线程同时更新余额，导致数据不准确。我们以银行存款为例，加入初始有100元。
代码如下：

- (void)moneyTest
{
    //初始余额
    _money = 100;
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    //模拟存钱
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        //每次存钱在不同的线程中操作
        dispatch_async(queue, ^{
            [self saveMoney];
        });
    }
}

/// 存钱
- (void)saveMoney
{
    NSInteger oldMoeny = _money;
    //休眠0.2s，为了保证不同线程拿到的数据都是一样的
    sleep(0.2);
    oldMoeny += 100;
    _money = oldMoeny;
    NSLog(@"存入100元，余额：%ld元，线程编号:%@",_money,[NSThread currentThread]);
}

执行以上代码，按照正常逻辑，最终的结果应该是1100元，但是会发现每次结果都不一样，结果往往比1100要小。
究其原因就是因为不同的线程，对相同的数据源进行了更新，导致数据冲突，我们称之为数据竞争。
用下面这幅图来展示这个过程，会更加清晰一些：

存钱

由于我们在存钱过程中，让每条线程拿到数据后，特意休眠0.2s，就导致不同的线程拿到的数据很可能是一样的，比如刚开始时是100。然后对其进行加100的操作，修改完后再入库。其结果直接覆盖掉上一次的数据。也就是说，你有一次存的100块钱，被银行给黑了，你开心吗？当然不开心。

案例2. 卖票系统。

卖票其实原理和存钱是一样的，唯一不同的地方在于存钱是加，卖票是减操作而已。
假如初始有100张票，每次卖10张，有10个窗口同时在卖票。

- (void)ticketTest
{
//初始100张票
    _ticketCount = 100;
    _lock = [[NSLock alloc]init];

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    //10个窗口，相当于10条线程在卖票
   for (int i = 0; i < 10; i++) {
       dispatch_async(queue, ^{
           [self _sellTicket];
       });
    };
}

///卖票
- (void)_sellTicket
{
    NSInteger oldCount = _ticketCount;
 //休眠0.2s，为了保证不同线程拿到的数据都是一样的
    sleep(.2);
    oldCount -= 10;
    _ticketCount = oldCount;
    NSLog(@"还剩%ld张票 ------ threadNum:%@",oldCount,[NSThread currentThread]);
   
}

按照正常逻辑，十个窗口，每个窗口每次卖10张，最终结果为0才对。但是上面的代码结果却和预期不一致，经常出现票卖不完的现象。
其运行过程如图所示：

卖票

由于从系统中读取到相同的值，最终入库时，也会抹掉上一次的数据，导致数据异常。

问题分析

上面两个例子，反映出在使用多线程访问相同数据时，会出现数据竞争，最终导致异常的问题。我们将整个过程进行简化，过程大致如下：

数据竞争

解决问题

那么该如何解决这样的问题呢，相信大家心中都有答案，加锁。用图形表示的话，像下面这样：

线程同步技术

这里有两个关键步骤：
1.当线程开始执行操作时，对资源加锁，表示此时资源仅供自己独有，其他线程不能使用；
2.当线程使用完毕以后，释放资源，即进行解锁操作。供队列中的其他线程进行使用。
3.假如有多个操作会对同一个资源进行修改时，比如存钱和取钱，都需要对用户的余额进行操作，这时候存钱和取钱应该使用同一把锁。

iOS总常用的加锁方案有哪些？

了解了产生数据竞争的原因和解决方案以后，回到iOS开发中来，iOS中有哪些锁可以使用呢？
OC给我们提供了10种线程同步技术，分别如下：

OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

这些锁都是怎么使用的呢，每种锁之间又有什么异同点，在后面的文章中，我们会进行逐个讲解，敬请期待。