1、多线程的安全隐患
隐患分析:
解决方案:
1、使用线程同步技术(同步,就是协同步调,按预定的先后次序进行)
2、常见的线程同步技术是:加锁
经典案例:买票、存钱取钱、生产消费关系。
2、多线程同步解决方案
OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized
2.1、OSSpinLock 自旋锁
1、OSSpinLock叫做”自旋锁”,等待锁的线程会处于忙等(busy-wait)状态,一直占用着CPU资源。
2、目前已经不再安全,可能会出现优先级反转问题。
3、如果等待锁的线程优先级较高,它会一直占用着CPU资源,优先级低的线程就无法释放锁。
4、需要导入头文件#import 。
2.2、os_unfair_lock 互斥锁
1、os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ,从iOS10开始才支持。
2、从底层调用看,等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态,并非忙等。
3、需要导入头文件#import 。
2.3、pthread_mutex
1、mutex叫做”互斥锁”,等待锁的线程会处于休眠状态。
2、需要导入头文件#import 。
2.3.1、pthread_mutex - 普通锁
// 初始化锁的属性 pthread_mutexattr_t attr; pthread_mutexattr_init(&attr); /** * @param attr:参数 * @param type:锁的类型,传NULL也是默认 */ pthread_mutexattr_settype(&attr,PTHREAD_MUTEX_NORMAL); //锁的类型 #define PTHREAD_MUTEX_NORMAL 0 // 普通锁 #define PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 1 // 检测错误的锁 #define PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 2 // 递归锁 #define PTHREAD_MUTEX_DEFAULT PTHREAD_MUTEX_NORMAL // 初始化锁 pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(&mutex,&attr); // 尝试加锁 pthread_mutex_trylock(&mutex); // 加锁 pthread_mutex_lock(&mutex); // 解锁 pthread_mutex_unlock(&mutex); // 销毁相关资源 pthread_mutexattr_destroy(&attr); pthread_mutex_destroy(&mutex);
2.3.2、pthread_mutex – 条件锁
// 初始化属性 pthread_mutexattr_t attr; pthread_mutexattr_init(&attr); // NULL代表默认属性 pthread_mutexattr_settype(&attr, NULL); // 初始化锁 pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(&mutex, &attr); // 销毁属性 pthread_mutexattr_destroy(&attr); // 初始化条件 pthread_cond_t cond; pthread_cond_init(&cond, NULL); // 等待条件(进入休眠,放开mutex锁;被唤醒后,会再次对mutex加锁) pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 激活一个等待该条件的线程 pthread_cond_signal(&cond); // 激活所有等待该条件的线程 pthread_cond_boradcast(&cond); // 销毁相关资源 pthread_mutex_destroy(&mutex); pthread_cond_destroy(&cond);
适用案例:生产-消费模式
2.3.3、pthread_mutex – 递归锁
如果线程1已经对这把锁进行加锁了,线程2也调用发现这把锁被别的线程加锁了,所以线程2就不能加锁,线程2就会在这里等待。
// 初始化这把锁带有的属性 pthread_mutexattr_t attr; pthread_mutexattr_init(&attr); // 设置这把锁属性的类型: // PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE递归锁,允许同一个线程对同一把锁进行重复加锁 pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE); // 初始化锁 pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(mutex, &attr); // 销毁属性 pthread_mutexattr_destroy(&attr); // 销毁锁 pthread_mutex_destroy(&mutex);
2.3.4、NSLock、NSRecursiveLock
1、NSLock是对mutex普通锁的封装。
2、NSRecursiveLock是对mutex递归锁的封装,API跟NSLock基本一致。
2.3.5、NSCondition、NSConditionLock
1、NSCondition是对条件锁(mutex和cond)的封装。
2、NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装,可以设置具体的条件值
@interface Demo() @property (strong, nonatomic) NSConditionLock *conditionLock; @end @implementation Demo - (instancetype)init { if (self = [super init]) { self.conditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:1]; } return self; } - (void)test { // 1、当首个加锁触发没有添加条件时,那么在初始化的时候,不管设置什么条件,都能正常执行 [self.conditionLock lock]; // 2、如果有加条件,那么必须跟设置的条件匹配 // [self.conditionLock lockWhenCondition:1]; NSLog(@"test"); sleep(1); [self.conditionLock unlockWithCondition:2]; } @end
2.4、dispatch_semaphore 信号量
1、semaphore叫做”信号量”。
2、信号量的初始值,可以用来控制线程并发访问的最大数量。
3、信号量的初始值为1,代表同时只允许1条线程访问资源,保证线程同步。
// 信号量初始值 int value = 5; // 初始化信号量 dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(value); /** * 1、如果信号量的值 > 0,就让信号量的值减1,然后继续往下执行代码 * 2、如果信号量的值 <= 0,就会休眠等待,直到信号量的值变成 > 0,就让信号量的值减1,然后继续往下执行代码 */ dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); // 让信号量的值加1 dispatch_semaphore_signal(semaphore);
2.4、dispatch_queue
直接使用GCD的串行队列,也是可以实现线程同步。
@interface Demo() @property (strong, nonatomic) dispatch_queue_t myQueue; @end @implementation Demo - (instancetype)init { if (self = [super init]) { self.myQueue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); } return self; } - (void)test1 { dispatch_sync(self.myQueue, ^{ NSLog(@"%s",__func__); }); } - (void)test2 { dispatch_sync(self.myQueue, ^{ NSLog(@"%s",__func__); }); } @end
2.5、@synchronized(不推荐)
1、@synchronized是对mutex递归锁的封装。
2、源码查看:objc4中的objc-sync.mm文件。
3、@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁,然后进行加锁、解锁操作。
2.6、atomic 原子性(不推荐)
1、atomic用于保证属性setter、getter的原子性操作,相当于在getter和setter内部加了线程同步的锁。
2、可以参考源码objc4的objc-accessors.mm。
3、不能保证使用属性的过程是线程安全的。
2.7、读写安全
场景:
1、同一时间,只能有1个线程进行写的操作
2、同一时间,允许有多个线程进行读的操作
3、同一时间,不允许既有写的操作,又有读的操作
上面的场景就是典型的 “多读单写”,经常用于文件等数据的读写操作,iOS中的实现方案有:
1、pthread_rwlock:读写锁
2、dispatch_barrier_async:异步栅栏调用
2.7.1、pthread_rwlock_t - 读写锁
读写锁:是计算机程序并发控制的一种同步机制,用于解决读写问题。
读写锁允许并行读、串行写。与互斥锁的一次只有一个线程执行操作相比,性能更高。比如构建缓存系统,将网络资源写入缓存,后期从缓存读取资源。缓存系统必须线程安全,允许并行读取,串行写入(又称多读单写)。
// 初始化锁 pthread_rwlock_t lock; pthread_rwlock_init(&lock, NULL); // 读 - 加锁 pthread_rwlock_rdlock(&lock); // 读 - 尝试加锁 pthread_rwlock_tryrdlock(&lock); // 写 - 加锁 pthread_rwlock_wrlock(&lock); // 写 - 尝试加锁 pthread_rwlock_trywrlock(&lock); // 解锁 pthread_rwlock_unlock(&lock); // 毁锁 pthread_rwlock_destroy(&lock);
2.7.2、dispatch barrier - 异步栅栏
在保护临界区域时,GCD 提供了 dispatch barrier。当执行 barrier 任务时,队列中所有其他任务都会等待。没有执行 barrier 任务时,其他任务并行执行。
代码示例:
#import "ViewController.h" #import <pthread.h> @interface ViewController () @property (strong, nonatomic) dispatch_queue_t queue; @end @implementation ViewController - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; /** * 1、必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的 * 2、如果传入的是串行或全局的并发队列,那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果 */ self.queue = dispatch_queue_create("rw_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); for (int i = 0; i < 10; i++) { dispatch_async(self.queue, ^{ [self read]; }); dispatch_async(self.queue, ^{ [self read]; }); dispatch_async(self.queue, ^{ [self read]; }); dispatch_barrier_async(self.queue, ^{ [self write]; }); } } - (void)read { sleep(1); NSLog(@"read"); } - (void)write { sleep(1); NSLog(@"write"); } @end
3、线程同步方案性能比较
性能从高到低排序:
os_unfair_lock:官方自旋锁的替代方案
OSSpinLock:自旋锁,不安全,官方不推荐使用
dispatch_semaphore:信号量
pthread_mutex:mutex普通锁、条件锁
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL):GCD串行队列实现同步
NSLock:mutex普通锁的OC封装
NSCondition:mutex条件锁的OC封装
pthread_mutex(recursive):mutex递归锁,逻辑相对复杂,所以性能相对比较低
NSRecursiveLock:递归锁的OC封装
NSConditionLock:条件锁NSCondition的进一步封装
@synchronized:mutex递归锁的封装,性能最低,一般在mac应用中使用。
4、问答拓展
4.1、GNUstep
1、GNU计划的项目之一,它将Cocoa的OC库重新开源实现了一遍。
2、虽然不是苹果官方源码,但还是具有一定的参考价值。
3、源码地址:http://www.gnustep.org/resources/downloads.php
4.2、线程安全的处理手段有哪些?
使用线程同步技术:加锁。
4.3、OC你了解的锁有哪些?
在你回答基础上进行二次提问;
4.3.1、自旋和互斥对比?
1.1、什么情况使用自旋锁比较划算?
1、预计线程等待锁的时间很短
2、加锁的代码(临界区)经常被调用,但竞争情况很少发生
3、CPU资源不紧张
4、多核处理器
1.2、什么情况使用互斥锁比较划算?
1、预计线程等待锁的时间较长
1、临界区有IO操作
3、临界区代码复杂或者循环量大、临界区竞争非常激烈
4、单核处理器
4.3.2、使用以上锁需要注意哪些?
4.3.3、用C/OC/C++,任选其一,实现自旋或互斥?口述即可!