iOS中的鎖（5）

本文主要介紹pthread和讀寫鎖，以及自定義一個簡單的讀寫鎖。

1. pthread

1.1 TLS

安全傳輸層協(xié)議(TLS)用于在兩個通信應(yīng)用程序之間提供保密性和數(shù)據(jù)完整性。

該協(xié)議由兩層組成:
TLS 記錄協(xié)議(TLS Record)和 TLS 握手協(xié)議(TLS Handshake)。

傳輸層安全性協(xié)議（Transport Layer Security），縮寫為TLS，及其前身安全套接字（Secure Sockets Layer，縮寫作SSL）是一種安全協(xié)議，目的是為互聯(lián)網(wǎng)通信提供安全及數(shù)據(jù)完整性保障。網(wǎng)景公司（Netscape）在1994年推出首版網(wǎng)頁瀏覽器，網(wǎng)景導(dǎo)航者時，推出HTTP協(xié)議，以SSL進(jìn)行加密，這是SSL的起源。IETF將SSL進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，1999年公布第一版TLS標(biāo)準(zhǔn)文件，隨后又公布了RFC5246（2008年8月）與RFC6176（2011年3月）。在瀏覽器、郵箱、即時通訊、VoIP、網(wǎng)絡(luò)傳值等應(yīng)用程序中，廣泛支持這個協(xié)議。主要的網(wǎng)站，如Google、Facebook等也以這個協(xié)議來創(chuàng)建安全連線，發(fā)送數(shù)據(jù)。目前已成為互聯(lián)網(wǎng)上保密同學(xué)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

SSL包含記錄層（Record Layer）和傳輸層，記錄層協(xié)議確定傳輸層數(shù)據(jù)的封裝格式。傳輸層安全協(xié)議使用X.509認(rèn)證，之后利用非對稱加密演算來對通信方做身份認(rèn)證，之后交換對稱密鑰作為會談密鑰（Session Key）。這會談密鑰是用來將通信兩方交換的數(shù)據(jù)做加密，保證兩個應(yīng)用間通信的保密性和可靠性，是客戶與服務(wù)器應(yīng)用之間的通信不被攻擊者竊聽。

1.2 TLS 線程相關(guān)解釋

線程局部存儲(Thread Local Storage,TLS): 是操作系統(tǒng)為線
程單獨提供的私有空間，通常只有有限的容量。Linux系統(tǒng)下
通常通過pthread庫中的 pthread_key_create()、pthread_getspecific()、 pthread_setspecific()、 pthread_key_delete()。

1.3 互斥鎖

在Posix Thread中定義有一套專?用于線程同步的mutex函數(shù)。mutex用于保證在任何時刻，都只能有一個線程訪問該對象。 當(dāng)獲取鎖操作失敗時，線程會進(jìn)入睡眠，等待鎖釋放時被喚醒。

1. 創(chuàng)建和銷毀
   1. POSIX定義了一個宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來靜態(tài)初始化互斥鎖
   2. 初始化：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr)
   3. 注銷：pthread_mutex_destroy()
2. 互斥鎖屬性
   1. 互斥鎖，分為遞歸鎖和非遞歸鎖。
   2. 對于遞歸鎖使用的是PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE
3. 鎖操作
   1. 加鎖：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
   2. 解鎖：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
   3. 嘗試加鎖：int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)，在鎖被占用是返回EBUSY，不會掛起線程等待。

2. 讀寫鎖

讀寫鎖實際是一種特殊的自旋鎖，它把對共享資源的訪問者劃分成讀者和寫者，讀者只對共享資源 進(jìn)行讀訪問，寫者則需要對共享資源進(jìn)行寫操作。這種鎖相對于自旋鎖而言，能提高并發(fā)性，因為在多處理器系統(tǒng)中，它允許同時有多個讀者來訪問共享資源，最大可能的讀者數(shù)為實際的邏輯CPU數(shù)。寫者是排他性的，一個讀寫鎖同時只能有一個寫者或多個讀者(與CPU數(shù)相關(guān))，但不能同時既有讀者又有寫者。在讀寫鎖保持期間也是搶占失效的。

如果讀寫鎖當(dāng)前沒有讀者，也沒有寫者，那么寫者可以立刻獲得讀寫鎖，否則它必須自旋在那里，直到?jīng)]有任何寫者或讀者。

如果讀寫鎖沒有寫者，那么讀者可以立即獲得該讀寫鎖，否則讀者必須自旋在那里，直到寫者釋放該讀寫鎖。

一次只有一個線程可以占有寫模式的讀寫鎖，但是可以有多個線程同時占有讀模式的讀寫鎖。正是因為這個特性，當(dāng)讀寫鎖是寫加鎖狀態(tài)時，在這個鎖被解鎖之前，所有試圖對這個鎖加鎖的線程都會被阻塞。當(dāng)讀寫鎖在讀加鎖狀態(tài)時，所有試圖以讀模式對它進(jìn)行加鎖的線程都可以得到訪問權(quán)，但是如果線程希望以寫模式對此鎖進(jìn)行加鎖，它必須直到所有的線程釋放鎖。通常當(dāng)讀寫鎖處于讀模式鎖住狀態(tài)時，如果有另外線程試圖以寫模式加鎖，讀寫鎖通常會阻塞隨后的讀模式鎖請求，這樣可以避免讀模式鎖?期占用，而等待的寫模式鎖請求?期阻塞。讀寫鎖適合于對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的讀次數(shù)比寫次數(shù)多得多的情況。因為，讀模式鎖定時可以共享，以寫模式鎖住時意味著獨占, 所以讀寫鎖又叫共享-獨占鎖。

2.1 iOS中的的讀寫鎖

讀寫鎖適合于對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的讀次數(shù)比寫次數(shù)多得多的情況。因為，讀模式鎖定時可以共享，以寫模式鎖住時意味著獨占，所以讀寫鎖又叫共享-獨占鎖。

2.1.1 初始化讀寫鎖

#include <pthread.h>
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock)

• 初始化成功則返回0, 出錯則返回錯誤編號。
• 同互斥量以上，在釋放讀寫鎖占用的內(nèi)存之前，需要先通過pthread_rwlock_destroy對讀寫鎖進(jìn)行清理工作，釋放由init分配的資源。

2.1.2 讀寫鎖操作

1. 讀鎖：int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
2. 寫鎖：int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
3. 解鎖：int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• 成功則返回0，出錯則返回錯誤編號。
• 對于讀鎖和寫鎖是會阻塞線程的

1. 嘗試讀鎖：int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
2. 嘗試寫鎖：int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• 成功則返回0，出錯則返回錯誤編號。
• 非阻塞的獲取鎖操作，如果可以獲取則返回0，否則返回錯誤的EBUSY。

2.2 自定義讀寫鎖

2.2.1 自定義讀寫鎖代碼

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface MYRWLock : NSObject
// 讀數(shù)據(jù)
- (id)my_objectForKey:(NSString *)key;
// 寫數(shù)據(jù)
- (void)my_setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END


#import "MYRWLock.h"

@interface MYRWLock ()
// 定義一個并發(fā)隊列:
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t concurrent_queue;
// 用戶數(shù)據(jù)中心, 可能多個線程需要數(shù)據(jù)訪問:
@property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *dataCenterDic;
@end

@implementation MYRWLock

- (id)init{
    self = [super init];
    if (self){
        // 創(chuàng)建一個并發(fā)隊列:
        self.concurrent_queue = dispatch_queue_create("com.my.read_write_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        // 創(chuàng)建數(shù)據(jù)字典:
        self.dataCenterDic = [NSMutableDictionary dictionary];
    }
    return self;
}

#pragma mark - 讀數(shù)據(jù)
- (id)my_objectForKey:(NSString *)key{
    __block id obj;
    // 同步讀取指定數(shù)據(jù):
    dispatch_sync(self.concurrent_queue, ^{
        obj = [self.dataCenterDic objectForKey:key];
    });
    return obj;
}

#pragma mark - 寫數(shù)據(jù)
- (void)my_setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key{
    // 異步柵欄調(diào)用設(shè)置數(shù)據(jù):
    dispatch_barrier_async(self.concurrent_queue, ^{
        [self.dataCenterDic setObject:obj forKey:key];
    });
}

@end

這里在寫操作的時候，使用柵欄函數(shù)進(jìn)行阻塞，讀的時候不做限制。

2.2.2 使用示例

@property (nonatomic, strong) MYRWLock *rwLock;

- (void)testRWLock {
    self.rwLock = [[MYRWLock alloc] init];
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.test.rwlock", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"rw_test%d",i];
            NSLog(@"寫%@---%@",str, [NSThread currentThread]);
            [self.rwLock my_setObject:str forKey:@"rwKey"];
        });
    }
    
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"讀 %@---%@",[self.rwLock my_objectForKey:@"rwKey"], [NSThread currentThread]);
        });
    }
}