iOS中常見的鎖

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多線程的安全隱患

一塊資源可能會被多個線程共用，也就是說多個線程可能會訪問同一塊資源。

比如多個線程同時操作同一個對象，同一個變數。

當多個線程訪問同一塊資源時，很容易引發資料錯亂和資料安全問題。

比如一個買票問題：

#import "ViewController.h"@interface ViewController ()@property (assign, nonatomic) NSInteger maxCount;@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];

　　 _maxCount = 20;        // 線程1    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];        // 線程2    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];    }- (void)run{    while (1) {            if (_maxCount > 0) {                // 暫停一段時間                [NSThread sleepForTimeInterval:0.002];                _maxCount--;                NSLog(@"賣了一張票 - %ld - %@",_maxCount,[NSThread currentThread]);            }else{                NSLog(@"票賣完了");                break;        }    }}

　輸出結果：

可以看到，當多個線程同時訪問同一個資料的時候，很容易出現資料錯亂，資源爭奪的現象。

1. @synchronized(鎖對象) { // 需要鎖定的代碼  } 來解決

互斥鎖，使用的是線程同步的技術。加鎖的代碼需要盡量少，這個鎖 ?? 對象需要保持在多個線程中都是同一個對象。

優點：是不需要顯示的建立鎖對象，就可以實現鎖的機制。

缺點：會隱式的添加一個異常處理常式來保護代碼，該處理常式會在異常拋出的時候自動的釋放互斥鎖，會消耗系統資源。

- (void)run{    while (1) {        // 這裡使用self，或者一個全域對象也行，每個對象裡面都有一把鎖        @synchronized(self){            if (_maxCount > 0) {                // 暫停一段時間                [NSThread sleepForTimeInterval:0.002];                _maxCount--;                NSLog(@"賣了一張票 - %ld - %@",_maxCount,[NSThread currentThread]);            }else{                NSLog(@"票賣完了");                break;            }        }    }}

　輸出結果：

2. NSLock

在Cocoa架構中，NSLock實現了一個簡單的互斥鎖，所有鎖(包括NSLock)的介面，實際上都是通過NSLocking協議定義的，它定義了 lock（加鎖）和 unlock（解鎖）方法。

不能多次調用lock方法，會造成死結。

我們使用NSLock來解決上面的問題：

#import "ViewController.h"@interface ViewController ()@property (assign, nonatomic) NSInteger maxCount;@property (strong, nonatomic) NSLock *lock; // 資料所@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.        _maxCount = 20;        _lock = [[NSLock alloc] init];        // 線程1    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];        // 線程2    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];    }- (void)run{    while (1) {        // 加鎖        [_lock lock];        if (_maxCount > 0) {            // 暫停一段時間            [NSThread sleepForTimeInterval:0.002];            _maxCount--;            NSLog(@"賣了一張票 - %ld - %@",_maxCount,[NSThread currentThread]);        }else{            NSLog(@"票賣完了");            break;        }        // 釋放鎖        [_lock unlock];    }}

　輸出結果：

3. NSRecursiveLock 遞迴鎖

如果在迴圈中，使用鎖，很容易造成死結。如下代碼，在遞迴block中，多次的調用lock方法，鎖會被多次的lock，所以自己也被阻塞了。

_lock = [[NSLock alloc] init];        //線程1    dispatch_async(dispatch_queue_create(NULL, 0), ^{        static void(^TestMethod)(int);        TestMethod = ^(int value)        {            [_lock lock];            if (value > 0)            {                [NSThread sleepForTimeInterval:1];                NSLog(@"執行一次哦");                TestMethod(value--);            }            NSLog(@"是否執行到這裡");            [_lock unlock];        };                TestMethod(5);    });

　輸出內容：

2017-12-12 11:39:50.253155+0800 NSLock[1353:158620] 執行一次哦

此處將NSLock 換成 NSRecursiveLock 便可解決問題：

 NSRecursiveLock類定義的鎖可以在同一線程多次lock，而不會造成死結。遞迴鎖會跟蹤它會被多少次lock，每次成功的lock都必須平衡調用unlock操作。只有所有的鎖住和解鎖操作都平衡的時候，鎖才真正被釋放給其它線程獲得。

_lock = [[NSRecursiveLock alloc] init];        //線程1    dispatch_async(dispatch_queue_create(NULL, 0), ^{        static void(^TestMethod)(int);        TestMethod = ^(int value)        {            [_lock lock];            if (value > 0)            {                [NSThread sleepForTimeInterval:1];                NSLog(@"執行了一次哦");                TestMethod(value--);            }            NSLog(@"是否執行到這裡");            [_lock unlock];        };                TestMethod(5);    });    

　執行結果：

2017-12-12 11:49:43.378299+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:44.380543+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:45.382145+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:46.387148+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:47.388813+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:48.389408+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:49.392983+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:50.396521+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:51.399108+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:52.399976+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:53.404280+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:54.409044+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:55.412670+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:56.413754+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦2017-12-12 11:49:57.414257+0800 NSLock[1419:176157] 執行了一次哦

4. NSConditionLock 條件鎖

 NSConditionLock相比NSLock多了一個condition參數，我們可以理解為一個條件標示。

@property (readonly)NSInteger condition; //這屬性非常重要，外部傳入的condition與之相同才會擷取到lock對象，反之阻塞當前線程，直到condition相同- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition; //condition與內部相同才會擷取鎖對象並立即返回，否則阻塞線程直到condition相同- (BOOL)tryLock;//嘗試擷取鎖對象，擷取成功需要配對unlock- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition; //同上- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition; //解鎖，並且設定lock.condition = condition

NSConditionLock *cLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:0];        //線程1    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{        if([cLock tryLockWhenCondition:0]){            NSLog(@"線程1");            [cLock unlockWithCondition:1];        }else{            NSLog(@"失敗");        }    });        //線程2    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{        [cLock lockWhenCondition:3];        NSLog(@"線程2");        [cLock unlockWithCondition:2];    });        //線程3    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{        [cLock lockWhenCondition:1];        NSLog(@"線程3");        [cLock unlockWithCondition:3];    });

　輸出結果：

2017-12-12 13:32:24.060013+0800 條件鎖 - NSConditionLock[1783:250080] 線程12017-12-12 13:32:24.060461+0800 條件鎖 - NSConditionLock[1783:250078] 線程32017-12-12 13:32:24.060626+0800 條件鎖 - NSConditionLock[1783:250079] 線程2

　　- 我們在初始化這個lock的時候，給定了它的初始條件為0；

　　- 執行tryLockWhenCondition：時，我們傳入的條件標示也是0，所以線程1加鎖成功。

　　- 執行unLockWithCondition：時，這時候會把condition將0改為1

　　- 因為condition為1，所以先走線程3，然後線程3將condition修改為3，

　　- 最後走了線程2

可以看出，NSConditionLock還可以實現任務之間的依賴。

5. NSCondition 

NSCondition實際上作為一個鎖和一個線程檢查器。鎖主要是為了檢測條件時保護資料來源，執行條件引發的任務；線程檢查器主要是根據條件決定是否繼續進行下去，即線程是否被阻塞。

NSCondition實現了NSLocking協議，當多個線程訪問同一段代碼，會以wait為分水嶺，一個線程等待另一個線程unlock後，才會走wait之後的代碼。

[condition lock];//一般用於多線程同時訪問、修改同一個資料來源，保證在同一時間內資料來源只被訪問、修改一次，其他線程的命令需要在lock 外等待，只到unlock ，才可訪問[condition unlock];//與lock 同時使用[condition wait];//讓當前線程處於等待狀態[condition signal];//CPU發訊號告訴線程不用在等待，可以繼續執行

 我們可以來看一個生產者消費者的問題，

消費者取得鎖，取產品，如果沒有產品，則wait等待，這時候會釋放鎖，知道有線程去喚醒它去消費產品。

生產者製造產品，首先也要取得鎖，然後生產，再發signal，這樣可以喚醒wait的消費者

#import "ViewController.h"@interface ViewController ()@property (strong, nonatomic) NSCondition *condition;@property (assign ,nonatomic) NSInteger goodNum;@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];        _goodNum = 0;        _condition = [[NSCondition alloc] init];        [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(buyGoods) toTarget:self withObject:nil];        [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(shopGoods) toTarget:self withObject:nil];    }- (void)buyGoods{    [_condition lock];    while (_goodNum == 0){        NSLog(@"當前售賣個數為0，不能賣，等待");        [_condition wait];    }    _goodNum--;    NSLog(@"買了一個 - %ld",_goodNum);    [_condition unlock];}- (void)shopGoods{    [_condition lock];    _goodNum++;    NSLog(@"準備賣一個 - %ld",_goodNum);    [_condition signal];    NSLog(@"告訴買家可以買了");    [_condition unlock];}

　輸出結果：

2017-12-12 14:43:48.995787+0800 NSCondition[2410:357340] 當前售賣個數為0，不能賣，等待2017-12-12 14:43:48.996067+0800 NSCondition[2410:357341] 準備賣一個 - 12017-12-12 14:43:48.996578+0800 NSCondition[2410:357341] 告訴買家可以買了2017-12-12 14:43:48.997806+0800 NSCondition[2410:357340] 買了一個 - 0

　我們可以看出，當消費者想要買東西的時候，因為商品初始數量為0，所以只能等待生產者去生產商品，準備售賣，有商品之後，會signal，告訴消費者可以買了。

6. 使用C語言的pthread_mutex_t實現的鎖

#import "ViewController.h"#import <pthread.h>@interface ViewController ()@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    __block pthread_mutex_t mutex;        pthread_mutex_init(&mutex, NULL);        //線程1    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{        pthread_mutex_lock(&mutex);        NSLog(@"線程1開始執行");        for (NSInteger i = 1; i <= 10; i++) {            sleep(1);            NSLog(@"線程1 在執行 ---- %ld",i);        }        pthread_mutex_unlock(&mutex);    });    //線程2    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0), ^{        pthread_mutex_lock(&mutex);        NSLog(@"線程1執行完了，線程2開始執行");        pthread_mutex_unlock(&mutex);    });    }

　輸出結果：

2017-12-12 14:54:16.343540+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1開始執行2017-12-12 14:54:17.348019+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 12017-12-12 14:54:18.348439+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 22017-12-12 14:54:19.351159+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 32017-12-12 14:54:20.355283+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 42017-12-12 14:54:21.358290+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 52017-12-12 14:54:22.361572+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 62017-12-12 14:54:23.362013+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 72017-12-12 14:54:24.363130+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 82017-12-12 14:54:25.366042+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 92017-12-12 14:54:26.370250+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371518] 線程1 在執行 ---- 102017-12-12 14:54:26.370496+0800 pthread_mutex - 互斥鎖[2518:371519] 線程1執行完了，線程2開始執行

　

iOS中常見的鎖