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前言

生活中的鎖隨處可見，鎖的作用也不言而喻，本文小結(jié)一下iOS的鎖。

技能表

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

atomic

說到鎖不得不提線程安全，說到線程安全，不得不提nonatomic與atomic的愛恨情仇。
我們經(jīng)?？吹竭@樣的描述：“nonatomic為非原子性非線程安全，atomic為原子性線程安全，但是atomic真的線程安全嗎？”
然后就沒有然后了。。

先來扒一下nonatomic和atomic會干什么

nonatomic/atomic = getter + setter + ivar

nonatomic生成的getter、setter沒加鎖，atomic生成的getter、setter有鎖。所以當(dāng)通過setter/getter而非ivar賦值/取值被atomic修飾的屬性時，該屬性是讀寫安全的。
然而讀寫安全并不代表線程安全，那么什么是線程安全？

線程安全就是多線程訪問時，采用了加鎖機制，當(dāng)一個線程訪問該類的某個數(shù)據(jù)時，進行保護，其他線程不能進行訪問直到該線程讀取完，其他線程才可使用。不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或者數(shù)據(jù)污染。 線程不安全就是不提供數(shù)據(jù)訪問保護，有可能出現(xiàn)多個線程先后更改數(shù)據(jù)造成所得到的數(shù)據(jù)是臟數(shù)據(jù) 【引自百科】

atomic非線程安全驗證

@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

根據(jù)線程安全定義，如果atomic為線程安全A輸出應(yīng)該永遠(yuǎn)為A--info:a，B輸出應(yīng)該永遠(yuǎn)為B--info:b

來看控制臺輸出

atomic

OK，atomic非線程安全驗證完畢，下面來說鎖。

@synchronized

@synchronized是iOS中最常見的鎖，用法很簡單

    //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);
            }
        }
    });

這樣就可以確保A中輸出均為A--info:a，B中輸出均為B--info:b

但是@synchronized()括號中只要寫相同數(shù)據(jù)就可以嗎？如果這個數(shù)據(jù)的地址在不斷變化呢？比如這樣：

   //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);
            }
        }
    });

再來看控制臺輸出：

@synchronized

可見@synchronized()括號中只能寫地址不變的數(shù)據(jù)。
@synchronized會隱式添加異常處理，當(dāng)發(fā)生異常時自動釋放互斥鎖，性能相對較低。

NSLock

NSLock是iOS中另一種較為常見的鎖，進入NSLock.h中可以發(fā)現(xiàn)NSLock繼承自NSObject并且遵守NSLocking協(xié)議。除此之外，在NSLock.h中還能看到NSConditionLock、NSRecursiveLock和NSCondition這3個類，他們也都是繼承自NSObject并且遵守NSLocking協(xié)議。

NSLocking協(xié)議定義了兩個實例方法，lock和unlock對應(yīng)著加鎖與解鎖

@protocol NSLocking

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

@end

NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock、NSCondition對應(yīng)的實例都可以通過lock/unlock來進行加鎖/解鎖。

代碼這樣寫就可以確保線程安全

    //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與unlock操作必須在同一線程，否則結(jié)果不確定甚至?xí)鹚梨i

除此之外，NSLock還提供另外兩個方法，見名知意，不做過多解釋。

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

NSConditionLock

NSConditionLock中有這么幾個方法

- (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時給個condition，屬性condition為readonly，此時也是在給這個屬性賦值
偽代碼

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

利用condition加鎖、解鎖時偽代碼是這樣的

- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition {
        if (_condition == condition) [self lock];
}

- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition {
      [self setValue:@condition forKey:@"condition"];
      [self unlock];
}

condition實現(xiàn)條件鎖時(也可以不實現(xiàn)，直接調(diào)用協(xié)議方法lock)，只有符合條件才能上鎖，但是解鎖為非條件，任意condition都可以解鎖，此時設(shè)置的condition為下一次條件鎖的condition。
線程安全示例代碼

   //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];
        }
    });

利用這個特性，我們可以設(shè)置依賴關(guān)系。通常- (void)lock 與 - (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition 配合使用，- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition 與- (void) unlock 配合使用，當(dāng)然也可以混用。

NSRecursiveLock

NSRecursiveLock翻譯成中文叫遞歸鎖，顧名思義可處理同一方法內(nèi)部多次上鎖的場景

static int i = 10;

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

如果把這里的lock換成NSLock顯然必死無疑（死鎖）。不同于其他lock，雖然NSRecursiveLock可以多次上鎖，但是只有當(dāng)上的所有鎖全被解鎖后，其他線程才能再次獲取到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中有這些方法

- (void)wait; //掛起線程
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit; //什么時候掛起線程
- (void)signal; // 喚醒一條掛起線程
- (void)broadcast; //喚醒所有掛起線程

NSCondition可以手動控制線程的掛起與喚醒，很明顯可以利用這個特性設(shè)置依賴

基本用法：

    //A
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        [_lock lock];
        NSLog(@"A線程加鎖");
        [_lock wait];
        NSLog(@"A線程喚醒");
        [_lock unlock];
        NSLog(@"A線程解鎖");
    });
    
    //B
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        [_lock lock];
        NSLog(@"B線程加鎖");
        [_lock wait];
        NSLog(@"B線程喚醒");
        [_lock unlock];
        NSLog(@"B線程解鎖");
    });
    
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        sleep(2);
        [_lock signal];
    });

NSCondition-1

如果把[_lock signal]換成[_lock broadcast]

NSCondition-2

dispatch_semaphore

dispatch_semaphore利用信號量進行鎖定

線程安全示例代碼：

- (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
 *信號量的起始值，當(dāng)傳入的值小于零時返回NULL
 * @result
 * 成功返回一個新的信號量，失敗返回NULL
 */
dispatch_semaphore_t dispatch_semaphore_create(long value)

/*!
 * @discussion
 * 信號量減1，如果結(jié)果小于0，那么等待隊列中信號增量到來直到timeout
 * @param dsema
 * 信號量
 * @param timeout
 * 等待時間
 * 類型為dispatch_time_t，這里有兩個宏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
 * 信號量加1，如果之前的信號量小于0，將喚醒一條等待線程
 * @param dsema 
 * 信號量
 * @result
 * 喚醒一條線程返回非0，否則返回0
 */
long dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema)

OK，了解完3個函數(shù)都是干嘛用的，來試試水

超時，線程喚醒

- (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

線程未喚醒，未超時

- (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

結(jié)果和想的一樣，沒啥可繼續(xù)嘮的。多一嘴，線程喚醒與否和是否超時沒必然關(guān)系，要看代碼怎么寫。

OSSpinLock

OSSpinLock自旋鎖，使用時需導(dǎo)入頭文件#import <libkern/OSAtomic.h>

    // 初始化 unlock為0，lock為非0
    OSSpinLock spinLock = OS_SPINLOCK_INIT;
    // 加鎖
    OSSpinLockLock(&spinLock);
    // 解鎖
    OSSpinLockUnlock(&spinLock);
    // 嘗試加鎖
    BOOL b = OSSpinLockTry(&spinLock);

- (void)OSSpinLock {
    OSSpinLock spinLock = OS_SPINLOCK_INIT;
    NSLog(@"加鎖前:%zd", spinLock);
    OSSpinLockLock(&spinLock);
    NSLog(@"加鎖后:%zd", spinLock);
    OSSpinLockUnlock(&spinLock);
    NSLog(@"解鎖后:%zd", spinLock);
}

OSSpinLock-1

再來看一張截圖

OSSpinLock-2

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

由于自旋鎖存在優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題（可查看YYKit作者的這篇文章不再安全的 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新推出的鎖，用于解決OSSpinLock優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題


    // 初始化
    os_unfair_lock_t unfairLock = &(OS_UNFAIR_LOCK_INIT);
    // 加鎖
    os_unfair_lock_lock(unfairLock);
    // 解鎖
    os_unfair_lock_unlock(unfairLock);
    // 嘗試加鎖
    BOOL b = os_unfair_lock_trylock(unfairLock);

POSIX LOCK

POSIX LOCK為C語言級別的鎖，需引入頭像文件#import<pthread.h>
線程安全示例代碼：

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不單有pthread_mutex_t還有pthread_cond_t等，因為不常用這里不做過多介紹。

NSDistributedLock

NSDistributedLock分布式鎖，用于MAC OS開發(fā)，醬油路過

死鎖

所謂死鎖：是指兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，由于競爭資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠(yuǎn)在互相等待的進程稱為死鎖進程。

雖然進程在運行過程中，可能發(fā)生死鎖，但死鎖的發(fā)生也必須具備一定的條件，死鎖的發(fā)生必須具備以下四個必要條件。
1）互斥條件：指進程對所分配到的資源進行排它性使用，即在一段時間內(nèi)某資源只由一個進程占用。如果此時還有其它進程請求資源，則請求者只能等待，直至占有資源的進程用畢釋放。
2）請求和保持條件：指進程已經(jīng)保持至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其它進程占有，此時請求進程阻塞，但又對自己已獲得的其它資源保持不放。
3）不剝奪條件：指進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時由自己釋放。
4）環(huán)路等待條件：指在發(fā)生死鎖時，必然存在一個進程——資源的環(huán)形鏈，即進程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一個P1占用的資源；P1正在等待P2占用的資源，……，Pn正在等待已被P0占用的資源。【引自百科】

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iOS中的鎖

iOS中的鎖

前言

atomic

@synchronized

NSLock

NSConditionLock

NSRecursiveLock

NSCondition

dispatch_semaphore

OSSpinLock

os_unfair_lock

POSIX LOCK

NSDistributedLock

死鎖

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iOS中的鎖

前言

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@synchronized

NSLock

NSConditionLock

NSRecursiveLock

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