談?wù)刬OS中的鎖(解析一下NSLock)
1 前言
近日工作不是太忙，剛好有時(shí)間了解一些其他東西，本來(lái)打算今天上午去體檢，但是看看天氣還是明天再去吧，也有很大一個(gè)原因：就是周六沒(méi)有預(yù)約上！閑話(huà)少說(shuō)，這里簡(jiǎn)單對(duì)鎖來(lái)個(gè)簡(jiǎn)單介紹分享。
2 目錄
- 第一部分：什么是鎖
- 第二部分：鎖的分類(lèi)
- 第三部分：鎖的作用
- 第四部分：iOS中鎖的實(shí)現(xiàn)
第一部分：什么是鎖
從小就知道鎖，就是家里門(mén)上的那個(gè)鎖，用來(lái)防止盜竊的鎖。它還有鑰匙，用于開(kāi)鎖。不過(guò)這里的鎖，并不是小時(shí)候認(rèn)知的鎖，而是站在程序員的角度的鎖。這里我就按照我的理解來(lái)介紹一下鎖。
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，鎖是一種同步機(jī)制，用于在存在多線(xiàn)程的環(huán)境中實(shí)施對(duì)資源的訪(fǎng)問(wèn)限制。你可以理解成它用于排除并發(fā)的一種策略?？蠢?/p>
if (lock == 0) {
lock = myPID;
}
上面這段代碼并不能保證這個(gè)任務(wù)有個(gè)鎖，因此它可以在同一時(shí)間被多個(gè)任務(wù)執(zhí)行。這個(gè)時(shí)候就有可能多個(gè)任務(wù)都檢測(cè)到lock是空閑的，因此兩個(gè)或者多個(gè)任務(wù)都將嘗試設(shè)置lock，而不知道其他的任務(wù)也在嘗試設(shè)置lock。這個(gè)時(shí)候就會(huì)出問(wèn)題了。
再看看這段代碼：
class Acccount {
long val = 0; //這里不可在其他方法修改，只能通過(guò)add/minus修改
object thisLock = new object();
public void add(const long x) {
lock(thisLock) {
val +=x;
}
}
public void minus(const long x) {
lock(thisLock) {
val -=x;
}
}
}
這樣就能防止多個(gè)任務(wù)去修改val了，(這里注意，如果val是public的，那個(gè)也會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題)。
第二部分：鎖的分類(lèi)
鎖根據(jù)不同的性質(zhì)可以分成不同的類(lèi)。
在WiKiPedia介紹中，一般的鎖都是建議鎖，也就四每個(gè)任務(wù)去訪(fǎng)問(wèn)公共資源的時(shí)候，都需要取得鎖的資訊，再根據(jù)鎖資訊來(lái)確定是否可以存取。若存取對(duì)應(yīng)資訊，鎖的狀態(tài)會(huì)改變?yōu)殒i定，因此其他線(xiàn)程不會(huì)訪(fǎng)問(wèn)該資源，當(dāng)結(jié)束訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，鎖會(huì)釋放，允許其他任務(wù)訪(fǎng)問(wèn)。有些系統(tǒng)有強(qiáng)制鎖，若未經(jīng)授權(quán)的鎖訪(fǎng)問(wèn)鎖定的資料，在訪(fǎng)問(wèn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生異常。
在iOS中，鎖分為遞歸鎖、條件鎖、分布式鎖、一般鎖（這里是看著NSLock類(lèi)里面的分類(lèi)劃分的）。
對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的鎖分類(lèi)：
| 分類(lèi)方式 | 分類(lèi) |
|---|---|
| 按鎖的粒度劃分 | 表級(jí)鎖、行級(jí)鎖、頁(yè)級(jí)鎖 |
| 按鎖的級(jí)別劃分 | 共享鎖、排他鎖 |
| 按加鎖方式劃分 | 自動(dòng)鎖、顯示鎖 |
| 按鎖的使用方式劃分 | 樂(lè)觀(guān)鎖、悲觀(guān)鎖 |
| 按操作劃分 | DML鎖、DDL鎖 |
這里就不在詳細(xì)介紹了，感興趣的大家可以自己查閱相關(guān)資料。
第三部分：鎖的作用
這個(gè)比較通俗來(lái)講：就是為了防止在多線(xiàn)程(多任務(wù))的情況下對(duì)共享資源(臨界資源)的臟讀或者臟寫(xiě)。也可以理解為：執(zhí)行多線(xiàn)程時(shí)用于強(qiáng)行限制資源訪(fǎng)問(wèn)的同步機(jī)制，即并發(fā)控制中保證互斥的要求。
第四部分：iOS中鎖的實(shí)現(xiàn)
先看看iOS中NSLock類(lèi)的.h文件。這里就不在寫(xiě)上來(lái)了。從代碼中可以看出，該類(lèi)分成了幾個(gè)子類(lèi)：NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock以及NSCondition。然后有一個(gè)NSLocking的協(xié)議：
@protocol NSLocking
- (void)lock;
- (void)unlock;
@end
這幾個(gè)子類(lèi)都遵循了NSLock的協(xié)議，這里簡(jiǎn)單介紹一下其中的幾個(gè)方法：
對(duì)于tryLock方法，嘗試獲取一個(gè)鎖，并且立刻返回Bool值，YES表示獲取了鎖，NO表示沒(méi)有獲取鎖失敗。 lockBeforeDate:方法，在某個(gè)時(shí)刻之前獲取鎖，如果獲取成功，則返回YES，NO表示獲取鎖失敗。接下來(lái)就讓我們看一下iOS中實(shí)現(xiàn)鎖的方式：
方式1 使用NSLock類(lèi)
- (void)nslockDemo {
NSLock *myLock = [[NSLock alloc] init];
_testLock = [[TestLock alloc] init];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[myLock lock];
[_testLock method1];
sleep(5);
[myLock unlock];
if ([myLock tryLock]) {
NSLog(@"可以獲得鎖");
}else {
NSLog(@"不可以獲得所");
}
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
if ([myLock tryLock]) {
NSLog(@"---可以獲得鎖");
}else {
NSLog(@"----不可以獲得所");
}
[myLock lock];
[_testLock method2];
[myLock unlock];
});
}
方式2 使用@synchorize
- (void)synchronizeDemo {
_testLock = [[TestLock alloc] init];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
@synchronized (_testLock) {
[_testLock method1];
sleep(5);
}
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
@synchronized (_testLock) {
[_testLock method2];
}
});
}
對(duì)于@synchorize指令中使用的testLock為該鎖標(biāo)示，只有標(biāo)示相同的時(shí)候才滿(mǎn)足鎖的效果。它的優(yōu)點(diǎn)是不用顯式地創(chuàng)建鎖，便可以實(shí)現(xiàn)鎖的機(jī)制。但是它會(huì)隱式地添加異常處理程序來(lái)保護(hù)代碼，該程序在拋出異常的時(shí)候自動(dòng)釋放鎖。
方式3 使用gcd
- (void)gcdDemo {
_testLock = [[TestLock alloc] init];
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
[_testLock method1];
sleep(5);
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
[_testLock method2];
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
}
方式4 使用phtread
- (void)pthreadDemo {
_testLock = [[TestLock alloc] init];
__block pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
//線(xiàn)程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
pthread_mutex_lock(&mutex);
[_testLock method1];
sleep(5);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
});
//線(xiàn)程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&mutex);
[_testLock method2];
pthread_mutex_unlock(&mutex);
});
}
pthread_mutex_t定義在pthread.h，所以記得#include。
3 性能對(duì)比
這里簡(jiǎn)單寫(xiě)一個(gè)小程序來(lái)進(jìn)行四種方式的性能對(duì)比，這里再固定次數(shù)內(nèi)進(jìn)行了加鎖解鎖，然后輸出用時(shí)，結(jié)果如下（測(cè)試1、2執(zhí)行次數(shù)不一樣：測(cè)試1 < 測(cè)試2）：
測(cè)試1
2016-11-05 15:27:52.595 LockDemo[4394:202297] NSLock times:0.871843
2016-11-05 15:27:56.335 LockDemo[4394:202297] synthorize times:3.738939
2016-11-05 15:27:56.691 LockDemo[4394:202297] gcd times:0.355344
2016-11-05 15:27:57.328 LockDemo[4394:202297] pthread times:0.636815
2016-11-05 15:27:57.559 LockDemo[4394:202297] OSSPinLock times:0.231013
2016-11-05 15:27:57.910 LockDemo[4394:202297] os_unfair_lock times:0.350615
測(cè)試2
2016-11-05 15:30:54.123 LockDemo[4454:205180] NSLock times:1.908103
2016-11-05 15:31:02.112 LockDemo[4454:205180] synthorize times:7.988547
2016-11-05 15:31:02.905 LockDemo[4454:205180] gcd times:0.792113
2016-11-05 15:31:04.372 LockDemo[4454:205180] pthread times:1.466987
2016-11-05 15:31:04.870 LockDemo[4454:205180] OSSPinLock times:0.497487
2016-11-05 15:31:05.637 LockDemo[4454:205180] os_unfair_lock times:0.767569
這里還測(cè)試了OSSPinLock(此類(lèi)已經(jīng)被os_unfair_lock所替代)。結(jié)果如下：
synthorize > NSLock > pthread > gcd > os_unfair_lock >OSSPinLock
這里：
synthorize內(nèi)部會(huì)添加異常處理，所以耗時(shí)。
pthread_mutex底層API，處理能力不錯(cuò)。
gcd系統(tǒng)封裝的C代碼效果比pthread好。
4 總結(jié)
簡(jiǎn)單就介紹這么多。
