多线程数据安全

1.什么是线程安全？

线程安全是指多线程同时访问一块资源造成的数据安全问题。

2.解决线程安全问题的几种方式：

OSSpinLock（自旋锁）

dispatch_semaphore（信号量）

pthread_mutex（互斥锁）

NSLock （内部封装了一个pthread_mutex）

NSCondition （条件锁）

NSRecursiveLock (递归锁)

NSConditionLock (借助 NSCondition 实现)

synchronized (关键字加锁)

3.几种方式的简单使用

（1）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。所以自旋锁在临界区执行时间比较短的环境效率比较高。

 使用方法：需要导入 import <libkern/OSAtomic.h> 头文件

                OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;

                OSSpinLockLock(&lock); //加锁

                需要加锁代码块

                OSSpinLockUnlock(&lock);//解锁

（2）dispatch_semaphore

          信号量：实现原理跟自旋锁有点不一样。它首先将信号量减一，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或者超出时，则线程会被重新唤醒执行后续代码。

        

 使用方法：dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_creare(1);// 创建信号量

                dispatch_semaphore_wait(semaphore);//判断信号量是否大于0，并使信号量减一

                需要加锁的代码

                dispatch_semaphore_signal(semaphore); //信号量加一

（3）pthread_mutex

        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

        

  使用方法：需要导入 import<ptheard.h>

                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

                需要执行代码块

                pthread_mutex_unlock(&lock);//解锁

（4）NSLock

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

   

 使用方法：NSLock* lock = [[NSLock alloc] init];//锁对象

                 [lock lock];//加锁

                  需要执行的代码

                 [lock unlock];

（5）NSCondition

        条件锁：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。

 

 使用方法：NSCondition* lock = [[NSCondition alloc] init];

                [lock lock];//加锁

                需要执行的代码

                [lock unlock];//解锁

（6）NSRecursiveLock

        递归锁：pthread_mutex(recursive)的封装

 使用方法：NSRecursiveLock* lock = [[NSRecursive alloc]init];

                [lock lock];//加锁

                需要执行代码块

                [lock unlock];

         

（7）NSConditionLock

        条件锁：借助 NSCondition 实现，本质是生产-消费者模型

 

 使用方法：NSConditonLock* lock = [[NSConditionLock alloc] init];

                 [lock lock];//加锁

                  需要执行的代码块

                  [lock unlock];

（8）synchronized

        关键字加锁：一个对象层面的加锁，锁住了整个对象，底层使用了，互斥递归锁来实现。

    

 使用方法：@sychronized(锁住对象){需要锁的代码}；注意：锁定一份代码，只能用一把锁，用多把锁是无效的。

4.性能对比

对以上各个锁进行1000000此的加锁解锁的空操作时间如下：

OSSpinLock: 46.15 ms
dispatch_semaphore: 56.50 ms
pthread_mutex: 178.28 ms
NSCondition: 193.38 ms
NSLock: 175.02 ms
pthread_mutex(recursive): 172.56 ms
NSRecursiveLock: 157.44 ms
NSConditionLock: 490.04 ms
@synchronized: 371.17 ms

总结

OSSpinLock和dispatch_semaphore的效率远远高于其他。

@synchronized和NSConditionLock效率较差。

鉴于OSSpinLock的不安全，所以我们在开发中如果考虑性能的话，建议使用dispatch_semaphore。

如果不考虑性能，只是图个方便的话，那就使用@synchronized。