iOS中的锁

转载自: http://www.jianshu.com/p/4f0ce4380dda

生活中的锁随处可见，锁的作用也不言而喻，本文小结一下iOS的锁。

技能表

• atomic （酱油君）
• @synchronized
• NSLock
• NSConditionLock
• NSRecursiveLock
• NSCondition
• dispatch_semaphore
• OSSpinLock
• os_unfair_lock
• POSIX LOCK
• NSDistributedLock (酱油君)

atomic

说到锁不得不提线程安全，说到线程安全，不得不提nonatomic与atomic的爱恨情仇。
我们经常看到这样的描述：“nonatomic为非原子性非线程安全，atomic为原子性线程安全，但是atomic真的线程安全吗？”
然后就没有然后了。。

先来扒一下nonatomic和atomic会干什么

nonatomic/atomic = getter + setter + ivar

nonatomic生成的getter、setter没加锁，atomic生成的getter、setter有锁。所以当通过setter/getter而非ivar赋值/取值被atomic修饰的属性时，该属性是读写安全的。
然而读写安全并不代表线程安全，那么什么是线程安全？

线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。 线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据 【引自百科】

• atomic非线程安全验证

@interface ViewController ()@property (strong) NSString *info;@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    //A    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            self.info = @"a";            NSLog(@"A--info:%@", self.info);        }    });    //B    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            self.info = @"b";            NSLog(@"B--info:%@", self.info);        }    });    }@end

根据线程安全定义，如果atomic为线程安全A输出应该永远为A--info:a，B输出应该永远为B--info:b

来看控制台输出

atomic

OK，atomic非线程安全验证完毕，下面来说锁。

@synchronized

@synchronized是iOS中最常见的锁，用法很简单

    //A    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            @synchronized (self) {                _info = @"a";                NSLog(@"A--info:%@", _info);            }        }    });    //B    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            @synchronized (self) {                _info = @"b";                NSLog(@"B--info:%@", _info);            }        }    });

这样就可以确保A中输出均为A--info:a，B中输出均为B--info:b

但是@synchronized()括号中只要写相同数据就可以吗？如果这个数据的地址在不断变化呢？比如这样：

   //A    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            @synchronized (_info) {                _info = @"a";                NSLog(@"A--info:%@", _info);            }        }    });    //B    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            @synchronized (_info) {                _info = @"b";                NSLog(@"B--info:%@", _info);            }        }    });

再来看控制台输出：

@synchronized

可见@synchronized()括号中只能写地址不变的数据。
@synchronized会隐式添加异常处理，当发生异常时自动释放互斥锁，性能相对较低。

NSLock

NSLock是iOS中另一种较为常见的锁，进入NSLock.h中可以发现NSLock继承自NSObject并且遵守NSLocking协议。除此之外，在NSLock.h中还能看到NSConditionLock、NSRecursiveLock和NSCondition这3个类，他们也都是继承自NSObject并且遵守NSLocking协议。

NSLocking协议定义了两个实例方法，lock和unlock对应着加锁与解锁

@protocol NSLocking- (void)lock;- (void)unlock;@end

NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock、NSCondition对应的实例都可以通过lock/unlock来进行加锁/解锁。

代码这样写就可以确保线程安全

    //A    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            [_lock lock];            _info = @"a";            NSLog(@"A--info:%@", _info);            [_lock unlock];        }    });    //B    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            [_lock lock];            _info = @"b";            NSLog(@"B--info:%@", _info);            [_lock unlock];        }    });

注意：lock与unlock操作必须在同一线程，否则结果不确定甚至会引起死锁

除此之外，NSLock还提供另外两个方法，见名知意，不做过多解释。

- (BOOL)tryLock; - (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;

NSConditionLock

NSConditionLock中有这么几个方法

- (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;

在初始化lock时给个condition，属性condition为readonly，此时也是在给这个属性赋值
伪代码

- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition {        if (self =[ [NSConditionLock alloc] init]) {                [self setValue:@condition forKey:@"condition"];        }        return self;}

利用condition加锁、解锁时伪代码是这样的

- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition {        if (_condition == condition) [self lock];}- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition {      [self setValue:@condition forKey:@"condition"];      [self unlock];}

condition实现条件锁时(也可以不实现，直接调用协议方法lock)，只有符合条件才能上锁，但是解锁为非条件，任意condition都可以解锁，此时设置的condition为下一次条件锁的condition。
线程安全示例代码

   //A    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            [_lock lockWhenCondition:0];            _info = @"a";            NSLog(@"A--info:%@--condition:%zd", _info, _lock.condition);            [_lock unlockWithCondition:1];        }    });    //B    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            [_lock lockWhenCondition:1];            _info = @"b";            NSLog(@"B--info:%@--condition:%zd", _info, _lock.condition);            [_lock unlockWithCondition:0];        }    });

利用这个特性，我们可以设置依赖关系。通常- (void)lock 与 - (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition 配合使用 ，- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition 与- (void) unlock 配合使用，当然也可以混用。

NSRecursiveLock

NSRecursiveLock翻译成中文叫递归锁，顾名思义可处理同一方法内部多次上锁的场景

static int i = 10;- (void)recursiveLock {    [_lock lock];    NSLog(@"NSRecursiveLock--%zd", i--);    if (i >= 0) {        [self recursiveLock];    }    [_lock unlock];}

如果把这里的lock换成NSLock显然必死无疑（死锁）。不同于其他lock，虽然NSRecursiveLock可以多次上锁，但是只有当上的所有锁全被解锁后，其他线程才能再次获取到NSRecursiveLock

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        [self recursiveLock];    });    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            [_lock lock];            NSLog(@"lock");            [_lock unlock];            NSLog(@"unlock");        }    });

NSRecursiveLock

NSCondition

NSCondition中有这些方法

- (void)wait; //挂起线程- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit; //什么时候挂起线程- (void)signal; // 唤醒一条挂起线程- (void)broadcast; //唤醒所有挂起线程

NSCondition可以手动控制线程的挂起与唤醒，很明显可以利用这个特性设置依赖

基本用法：

    //A    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        [_lock lock];        NSLog(@"A线程加锁");        [_lock wait];        NSLog(@"A线程唤醒");        [_lock unlock];        NSLog(@"A线程解锁");    });    //B    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        [_lock lock];        NSLog(@"B线程加锁");        [_lock wait];        NSLog(@"B线程唤醒");        [_lock unlock];        NSLog(@"B线程解锁");    });    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        sleep(2);        [_lock signal];    });

NSCondition-1

如果把[_lock signal]换成[_lock broadcast]

NSCondition-2

dispatch_semaphore

dispatch_semaphore利用信号量进行锁定

线程安全示例代码：

- (void)semaphore {    dispatch_semaphore_t dsema = dispatch_semaphore_create(1);    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            dispatch_semaphore_wait(dsema, DISPATCH_TIME_FOREVER);            _info = @"a";            NSLog(@"A--info:%@", _info);            dispatch_semaphore_signal(dsema);        }    });    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            dispatch_semaphore_wait(dsema, DISPATCH_TIME_FOREVER);            _info = @"b";            NSLog(@"B--info:%@", _info);            dispatch_semaphore_signal(dsema);        }    });}

/*!  * @param value *信号量的起始值，当传入的值小于零时返回NULL * @result * 成功返回一个新的信号量，失败返回NULL */dispatch_semaphore_t dispatch_semaphore_create(long value)/*! * @discussion * 信号量减1，如果结果小于0，那么等待队列中信号增量到来直到timeout * @param dsema * 信号量 * @param timeout * 等待时间 * 类型为dispatch_time_t，这里有两个宏DISPATCH_TIME_NOW、DISPATCH_TIME_FOREVER * @result * 若等待成功返回0，timeout返回非0 */long dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout);/*! * @discussion * 信号量加1，如果之前的信号量小于0，将唤醒一条等待线程 * @param dsema  * 信号量 * @result * 唤醒一条线程返回非0，否则返回0 */long dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema)

OK，了解完3个函数都是干嘛用的，来试试水

超时，线程唤醒

- (void)semaphore {    dispatch_semaphore_t dsema = dispatch_semaphore_create(0);    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{            long a = dispatch_semaphore_wait(dsema, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1 * NSEC_PER_SEC));            NSLog(@"a--%ld", a);    });    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        sleep(2);        long b = dispatch_semaphore_signal(dsema);        NSLog(@"b--%ld", b);    });}

semaphore-1

线程未唤醒，未超时

- (void)semaphore {    dispatch_semaphore_t dsema = dispatch_semaphore_create(0);    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{            long a = dispatch_semaphore_wait(dsema, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3 * NSEC_PER_SEC));            NSLog(@"a--%ld", a);    });    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        sleep(1);        long b = dispatch_semaphore_signal(dsema);        NSLog(@"b--%ld", b);    });}

semaphore-2

结果和想的一样，没啥可继续唠的。多一嘴，线程唤醒与否和是否超时没必然关系，要看代码怎么写。

OSSpinLock

OSSpinLock自旋锁，使用时需导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>

    // 初始化 unlock为0，lock为非0    OSSpinLock spinLock = OS_SPINLOCK_INIT;    // 加锁    OSSpinLockLock(&spinLock);    // 解锁    OSSpinLockUnlock(&spinLock);    // 尝试加锁    BOOL b = OSSpinLockTry(&spinLock);

- (void)OSSpinLock {    OSSpinLock spinLock = OS_SPINLOCK_INIT;    NSLog(@"加锁前:%zd", spinLock);    OSSpinLockLock(&spinLock);    NSLog(@"加锁后:%zd", spinLock);    OSSpinLockUnlock(&spinLock);    NSLog(@"解锁后:%zd", spinLock);}

OSSpinLock-1

再来看一张截图

OSSpinLock-2

OSSpinLock is deprecated in iOS 10.0 - Use os_unfair_lock() from <os/lock.h> instead

由于自旋锁存在优先级反转问题（可查看YYKit作者的这篇文章 不再安全的 OSSpinLock），在iOS 10.0中被<os/lock.h>中的os_unfair_lock()取代

os_unfair_lock

os_unfair_lock iOS 10.0新推出的锁，用于解决OSSpinLock优先级反转问题

    // 初始化    os_unfair_lock_t unfairLock = &(OS_UNFAIR_LOCK_INIT);    // 加锁    os_unfair_lock_lock(unfairLock);    // 解锁    os_unfair_lock_unlock(unfairLock);    // 尝试加锁    BOOL b = os_unfair_lock_trylock(unfairLock);

POSIX LOCK

POSIX LOCK为C语言级别的锁，需引入头像文件#import<pthread.h>
线程安全示例代码：

static pthread_mutex_t lock;- (void)pLock {    pthread_mutex_init(&lock, NULL);    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            pthread_mutex_lock(&lock);            _info = @"a";            NSLog(@"A--info:%@", _info);            pthread_mutex_unlock(&lock);        }    });    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        while (1) {            pthread_mutex_lock(&lock);            _info = @"b";            NSLog(@"B--info:%@", _info);            pthread_mutex_unlock(&lock);        }    });}

POSIX LOCK不单有pthread_mutex_t还有pthread_cond_t等，因为不常用这里不做过多介绍。

NSDistributedLock

NSDistributedLock分布式锁，用于MAC OS开发，酱油路过

死锁

所谓死锁： 是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。
\
虽然进程在运行过程中，可能发生死锁，但死锁的发生也必须具备一定的条件，死锁的发生必须具备以下四个必要条件。
1）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
2）请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
3）不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
4）环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。 【引自百科】