一、基本概念

iOS中的鎖主要可以分為兩大類，互斥鎖 和 自旋鎖，其他鎖都是這兩種鎖的延伸和擴(kuò)展。

1、介紹

互斥鎖：屬于sleep-waiting類型的鎖，線程A獲取到鎖，在釋放鎖之前，其他線程都獲取不到鎖。互斥鎖也分為兩種：

• 遞歸鎖：可重入鎖，同一個(gè)線程在鎖釋放前可再次獲取鎖，即可以遞歸調(diào)用
• 非遞歸鎖：不可重入，必須等鎖釋放后才能再次獲取鎖。
  自旋鎖：線程A獲取到鎖，在釋放鎖之前，線程B又來獲取鎖，此時(shí)獲取不到，線程B就會(huì)不斷的進(jìn)入循環(huán)，一直檢查鎖是否已被釋放，如果釋放，則能獲取到鎖。

2、區(qū)別

• 互斥鎖：當(dāng)線程獲取鎖但沒有獲取到時(shí)，線程會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等鎖被釋放時(shí)，線程會(huì)被喚醒，同時(shí)獲取到鎖，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，互斥鎖會(huì)改變線程的狀態(tài)。線程從sleep（加鎖）—>running（解鎖）的過程中，有上下文的切換，cpu的搶占，信號(hào)的發(fā)送等開銷。

• 自旋鎖：當(dāng)線程獲取鎖但沒獲取到時(shí)，不會(huì)進(jìn)入休眠，而是一直循環(huán)，線程始終處于活躍狀態(tài)，不會(huì)改變線程狀態(tài)，也就是忙等。線程一直是running(加鎖—>解鎖)，死循環(huán)檢測鎖的標(biāo)志位。遞歸調(diào)用自旋鎖一定會(huì)死鎖。

• 對比：互斥鎖的起始原始開銷要高于自旋鎖，但是基本是一勞永逸，臨界區(qū)持鎖時(shí)間的大小并不會(huì)對互斥鎖的開銷造成影響，而自旋鎖是死循環(huán)檢測，加鎖全程消耗cpu，起始開銷雖然低于互斥鎖，但是隨著持鎖時(shí)間，加鎖的開銷是線性增長。

3、使用場景

• 互斥鎖會(huì)改變線程的狀態(tài)，使得內(nèi)核不斷的調(diào)度線程資源，因此效率上比自旋鎖要低很多，不適合使用自旋鎖的場景都使用互斥鎖。
• 自旋鎖在線程的等待過程中是活躍的，避免了進(jìn)程上下文的調(diào)度開銷，因此對于線程只會(huì)阻塞很短時(shí)間的場合是有效的。因此自旋鎖適合用于短時(shí)間內(nèi)的輕量級(jí)鎖定，主要用在臨界區(qū)持鎖時(shí)間非常短且CPU資源不緊張的情況下。

二、iOS 中的鎖

2.1 NSLock

NSLock是「非」遞歸互斥鎖。

NSLocking只定義了加鎖（獲取鎖）-lock，和解鎖（釋放鎖）-unlock兩個(gè)接口。NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock、NSCondition都實(shí)現(xiàn)了這個(gè)協(xié)議

@protocol NSLocking

- (void)lock;
- (void)unlock;

@end

-lock和-unlock必須在相同的線程調(diào)用，也就是說，他們必須在同一個(gè)線程中成對調(diào)用，否則會(huì)產(chǎn)生未知結(jié)果。參考：官方文檔原文
NSLock是使用了pthread_mutex_t封裝的互斥鎖。

2.2 NSCondition

NSCondition也是使用了pthread_mutex_t封裝的互斥鎖，和NSLock中一模一樣，同時(shí)還使用了pthread_cond_t。它和NSLock的區(qū)別是：

• NSLock在獲取不到鎖的時(shí)候自動(dòng)使線程進(jìn)入休眠，鎖被釋放后線程又自動(dòng)被喚醒
• NSCondition可以使我們更加靈活的控制線程狀態(tài)，在任何需要的時(shí)候使線程進(jìn)入休眠或喚醒它。
  1.[condition lock]：一般用于多線程同時(shí)訪問、修改同一個(gè)數(shù)據(jù)源，保證在同一 時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)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
  2.[condition unlock]：與lock 同時(shí)使用
  3.[condition wait]：讓當(dāng)前線程處于等待狀態(tài)
  4.[condition signal]：CPU發(fā)信號(hào)告訴線程不用在等待，可以繼續(xù)執(zhí)行

2.3 NSConditionLock

NSConditionLock條件鎖就是有特定條件的鎖，說白了就是「有條件的互斥鎖」。

• 只讀屬性condition，保存鎖當(dāng)前的條件（所謂的條件condition就是個(gè)NSInteger）
• -lockWhenCondition:獲取鎖，如果condition與屬性相等，則可以獲得鎖，否則阻塞線程，等待被喚醒
• -unlockWithCondition:釋放鎖，并修改condition屬性

// 主線程
    self.conditionLock = [[NSConditionLock alloc] init];
        
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSLog(@"進(jìn)入線程1");
        // 當(dāng) lock.condition = 2 時(shí)，能夠獲取到鎖，否則休眠等待
        [self.conditionLock lockWhenCondition:2];
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)1");
        sleep(1);
        [self.lock unlock];
        NSLog(@"退出線程1");
    });
        
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSLog(@"進(jìn)入線程2");
        [self.conditionLock lockWhenCondition:1];
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)2");
        sleep(5);
        // 將 lock.condition 修改為2，線程1就能獲得鎖了
        [self.conditionLock unlockWithCondition:2];
        NSLog(@"退出線程2");
    });
        
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSLog(@"進(jìn)入線程3");
        [self.lock lock];
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)3");
        sleep(2);
        // 將 lock.condition 修改為1，線程2就能獲得鎖了
        [self.conditionLock unlockWithCondition:1];
        NSLog(@"退出線程3");
    });

結(jié)果

2020-04-24 16:20:44.901816+0800 lock[48829:11985930] 進(jìn)入線程3
2020-04-24 16:20:44.901816+0800 lock[48829:11985929] 進(jìn)入線程2
2020-04-24 16:20:44.901860+0800 lock[48829:11985931] 進(jìn)入線程1
2020-04-24 16:20:44.902052+0800 lock[48829:11985930] 執(zhí)行任務(wù)3
2020-04-24 16:20:46.906596+0800 lock[48829:11985930] 退出線程3
2020-04-24 16:20:46.906618+0800 lock[48829:11985929] 執(zhí)行任務(wù)2
2020-04-24 16:20:51.908623+0800 lock[48829:11985931] 執(zhí)行任務(wù)1
2020-04-24 16:20:51.908629+0800 lock[48829:11985929] 退出線程2
2020-04-24 16:20:52.913340+0800 lock[48829:11985931] 退出線程1

2.4 遞歸鎖NSRecursiveLock

NSRecursiveLock是互斥鎖中的遞歸鎖，可被 同一線程多次獲取，而不會(huì)產(chǎn)生死鎖。什么意思呢，一個(gè)線程已經(jīng)獲得了鎖，開始執(zhí)行受鎖保護(hù)的代碼（鎖還未釋放），如果這段代碼調(diào)用了其他函數(shù)，而被調(diào)用的函數(shù)又要獲取這個(gè)鎖，此時(shí)已然可以獲得鎖并正常執(zhí)行，而不會(huì)死鎖。
基本用法：

- (void)testLock{
    self.lock = [[NSRecursiveLock alloc] init];
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(testLock1) toTarget:self withObject:nil];
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(testLock3) toTarget:self withObject:nil];
}

- (void)testLock1 {
    [self.lock lock];
    NSLog(@"testLock1");
    [self testLock2];
    [self.lock unlock];
    NSLog(@"testLock1: unlock");
}

- (void)testLock2 {
    [self.lock lock];
    NSLog(@"testLock2");
    [self.lock unlock];
    NSLog(@"testLock2: unlock");
}

- (void)testLock3 {
    [self.lock lock];
    NSLog(@"testLock3: %@", [NSThread currentThread]);
    [self.lock unlock];
    NSLog(@"testLock3: unlock");
}

2.5 對象鎖/同步鎖 @synchronized

@synchronized(id)的使用應(yīng)該是較多的，它底層實(shí)現(xiàn)是個(gè)遞歸鎖，不會(huì)產(chǎn)生死鎖，且不需要手動(dòng)去加鎖解鎖，使用起來比較方便

2.6 dispatch_semaphore
信號(hào)量semaphore是一種更高級(jí)的同步機(jī)制，互斥鎖可以說是semaphore在僅取值0/1時(shí)的特例。信號(hào)量可以有更多的取值空間，用來實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的同步，而不單單是線程間互斥。

信號(hào)量的初始值，可以用來控制線程并發(fā)訪問的最大數(shù)量
信號(hào)量的初始值為1，代表同時(shí)只允許1條線程訪問資源，保證線程同步
GCD的信號(hào)量是對系統(tǒng)內(nèi)核信號(hào)量的一層封裝，要想更深入的了解，可以去研究一下Linux內(nèi)核的信號(hào)量。