什么是線程不安全和線程安全？
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線程不安全：
是指不提供加鎖機(jī)制保護(hù)，有可能出現(xiàn)多個(gè)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)。如下圖：
image.png
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線程安全：
指多個(gè)線程在執(zhí)行同一段代碼的時(shí)候采用加鎖機(jī)制，使每次的執(zhí)行結(jié)果和單線程執(zhí)行的結(jié)果都是一樣的，不存在執(zhí)行程序時(shí)出現(xiàn)意外結(jié)果。如下圖：
image.png
如何解決線程不安全？
使用線程同步技術(shù)（同步，就是協(xié)同步調(diào)，按預(yù)定的先后次序進(jìn)行）
常見的線程同步技術(shù)是：加鎖
舉例：
假設(shè)售票系統(tǒng)有15張票，A，B，C同時(shí)來買票，如果是線程不安全，那么可能售票系統(tǒng)可能出現(xiàn)15-1去同時(shí)執(zhí)行的情況，最終結(jié)果是A，B，C都買完后剩下13張票，而不是12張。
/**
賣1張票
*/
- (void)saleTicket
{
int oldTicketsCount = self.ticketsCount;
sleep(.2);
oldTicketsCount--;
self.ticketsCount = oldTicketsCount;
NSLog(@"還剩%d張票 - %@", oldTicketsCount, [NSThread currentThread]);
}
/**
賣票演示
*/
- (void)ticketTest
{
self.ticketsCount = 15;
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
dispatch_async(queue, ^{
[self saleTicket];
});
dispatch_async(queue, ^{
[self saleTicket];
});
dispatch_async(queue, ^{
[self saleTicket];
});
}
打印結(jié)果為：
2020-03-26 15:29:49.638680+0800 Interview03-安全隱患[12657:281738] 還剩14張票 - <NSThread: 0x600001cd03c0>{number = 9, name = (null)}
2020-03-26 15:29:49.638694+0800 Interview03-安全隱患[12657:281709] 還剩14張票 - <NSThread: 0x600001c9db00>{number = 7, name = (null)}
2020-03-26 15:29:49.638800+0800 Interview03-安全隱患[12657:281458] 還剩13張票 - <NSThread: 0x600001cbaf40>{number = 3, name = (null)}
要解決以上線程不安全的問題，就需要給每個(gè)線程加同一把鎖。
鎖又分為自旋鎖、互斥鎖、遞歸鎖、讀寫鎖
自旋鎖：
自旋鎖是一種特殊的互斥鎖，當(dāng)資源被加鎖后，其它線程想要再次加鎖，此時(shí)該線程不會(huì)被阻塞睡眠而是陷入循環(huán)等待狀態(tài)（不能再做其它事情），循環(huán)檢查資源持有者是否已經(jīng)釋放了資源，這樣做的好處是減少了線程從睡眠到喚醒的資源消耗，但會(huì)一直占用CPU資源。適用于資源的鎖被持有的時(shí)間短，而不希望在線程的喚醒上花費(fèi)太多資源的情況。互斥鎖：
一個(gè)線程獲得資源的使用權(quán)后就會(huì)將改資源加鎖，使用完后會(huì)將其解鎖，所以在使用過程中有其它線程想要獲取該資源的鎖，那么它就會(huì)被阻塞陷入睡眠狀態(tài)，直到該資源被解鎖才會(huì)別喚醒，如果被阻塞的資源不止一個(gè)，那么它們都會(huì)被喚醒，但是獲得資源使用權(quán)的是第一個(gè)被喚醒的線程，其它線程又陷入沉睡。遞歸鎖：
同一個(gè)線程可以多次獲得該資源鎖，別的線程必須等待該線程釋放所有次數(shù)的鎖才能獲得。讀寫鎖:
讀寫鎖擁有讀狀態(tài)加鎖、寫狀態(tài)加鎖、不加鎖三種狀態(tài)。只有一個(gè)線程可以占有寫狀態(tài)的鎖，但可以多個(gè)線程同時(shí)占有讀狀態(tài)鎖，這也是它可以實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的原因。當(dāng)其處于寫狀態(tài)鎖下，任何想要嘗試獲得鎖的線程都會(huì)被阻塞，直到寫狀態(tài)鎖被釋放；如果是處于讀狀態(tài)鎖下，允許其它線程獲得它的讀狀態(tài)鎖，但是不允許獲得它的寫狀態(tài)鎖，當(dāng)讀寫鎖感知到有線程想要獲得寫狀態(tài)鎖時(shí)，便會(huì)阻塞其后所有想要獲得讀狀態(tài)鎖的線程。所以讀寫鎖非常適合資源的讀操作遠(yuǎn)多于寫操作的情況。
有以下10種加鎖方案：
注意：在不同的線程中加鎖，必須是同一把鎖。
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OSSpinLock：需導(dǎo)入頭文件
#import <libkern/OSAtomic.h>，是自旋鎖。
目前已經(jīng)不再安全，可能會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題。(如果等待鎖的線程的優(yōu)先級較高，它會(huì)一直占用CPU資源，優(yōu)先級低的線程就無法釋放鎖)//初始化鎖 OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT; //加鎖 OSSpinLockLock(&lock); //解鎖 OSSpinLockUnlock(&lock); -
os_unfair_lock：需導(dǎo)入頭文件
#import <os/lock.h>，是互斥鎖。
用于取代不安全的OSSpinLock，從IOS10開始才支持，從底層調(diào)用看，等待os_unfair_lock鎖的線程會(huì)處于休眠狀態(tài)，并非忙等。//初始化鎖 os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT; //加鎖 os_unfair_lock_lock(&lock); //解鎖 os_unfair_lock_unlock(&lock); -
pthread_mutex_t：需導(dǎo)入頭文件
#import <pthread.h>，是互斥鎖。//申明mutex鎖 pthread_mutex_t mutex; //聲明mutex鎖的屬性 pthread_mutexattr_t attr; //初始化屬性attr pthread_mutexattr_init(&attr); //設(shè)置鎖屬性的類型 /* 參數(shù)說明 * * 第一個(gè)參數(shù)pthread_mutexattr_t：mutex鎖屬性attr對象的地址 * 第二個(gè)參數(shù)：鎖的類型 #define PTHREAD_MUTEX_NORMAL 0 //默認(rèn)鎖，也就是”互斥鎖“ #define PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 1 //錯(cuò)誤鎖 #define PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 2 //遞歸鎖 #define PTHREAD_MUTEX_DEFAULT PTHREAD_MUTEX_NORMAL */ pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_NORMAL); //初始化鎖 /* 參數(shù)說明 * * 第一個(gè)參數(shù)pthread_mutex_t：mutex鎖對象的地址 * 第二個(gè)參數(shù)pthread_mutexattr_t：mutex鎖屬性attr對象的地址。該參數(shù)可以傳NULL，為默認(rèn)屬性PTHREAD_MUTEX_DEFAULT，”互斥鎖“ */ pthread_mutex_init(&mutex, &attr); //銷毀mutex鎖的屬性 pthread_mutexattr_destroy(&attr); //加鎖 pthread_mutex_lock(&mutex); //解鎖 pthread_mutex_unlock(&mutex); //銷毀鎖 pthread_mutexattr_destroy(&mutex);擴(kuò)展：
pthread_cond_t條件鎖：配合pthread_mutex_t實(shí)現(xiàn)//初始化條件鎖 pthread_cond_t cond; pthread_cond_init(&cond, NULL); //條件等待，當(dāng)線程調(diào)用該函數(shù)，然后阻塞當(dāng)前線程進(jìn)入休眠并解鎖。 pthread_cond_wait(&cond, &mutex); //條件喚醒，當(dāng)線程中調(diào)用該函數(shù)，等到該調(diào)用線程解鎖后，然后h就喚醒前面休眠的線程，并給喚醒線程加鎖。 //喚醒一個(gè)等待該條件的線程 pthread_cond_signal(&cond); //喚醒所有等待該條件的線程 pthread_cond_broadcast(&cond); //銷毀條件 pthread_cond_destroy(&cond); -
NSLock：對pthread_mutex_t的鎖封裝。
//初始化鎖 NSLock *lock = [[NSLock alloc] init]; //加鎖 [lock lock]; //解鎖 [lock unlock]; -
NSRecursiveLock:：對pthread_mutex_t的的遞歸鎖封裝。
//初始化鎖 NSRecursiveLock *recursiveLock = [[NSRecursiveLock alloc] init]; //加鎖 [recursiveLock lock]; //解鎖 [recursiveLock unlock]; -
NSCondition：對pthread_mutex_t的cond條件和mutex鎖封裝。
//初始化鎖 NSCondition *cond = [[NSCondition alloc] init]; //加鎖 [cond lock]; //條件等待 [cond wait]; //喚醒條件等待 //喚醒一個(gè)條件等待 [cond signal]; //喚醒所有條件等待 [cond broadcast]; //解鎖 [cond unlock]; -
NSConditionLock：對pthread_mutex_的cond條件和mutex鎖封裝。會(huì)根據(jù)內(nèi)部存儲(chǔ)的條件condition的值，進(jìn)行加鎖。
//初始化鎖 NSConditionLock *condLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:1]; //加鎖 [condLock lockWhenCondition:1]; //解鎖 [condLock unlockWithCondition:2]; //加鎖 [condLock lockWhenCondition:2]; //解鎖 [condLock unlock]; -
在同步串行隊(duì)列中開啟子線程執(zhí)行任務(wù)。
dispatch_sync(dispatch_queue_create("sertal", DISPATCH_QUEUE_SERIAL), ^{ dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ //執(zhí)行操作 }); }); -
使用信號量dispatch_semaphore_t控制線程最大并發(fā)數(shù)量：
// 信號量的初始值 int value = 1; //初始化信號量 dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(value); // 如果信號量的值<=0，當(dāng)前線程就進(jìn)入休眠等待（直到信號量的值>0）。 // 如果信號量的值>0，就減1，然后往下執(zhí)行后面的代碼。 dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); // 讓信號量的值加1 dispatch_semaphore_signal(semaphore); -
@synchronized：是封裝了mutex的遞歸鎖。
@synchronized([self class]) { //執(zhí)行操作 }
IOS線程同步方案性能比較：
從高到低：
os_unfair_lock
OSSpinLock
dispatch_semaphore
pthread_mutex
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSCondition
pthread_mutex(recursive)
NSRecursiveLock
NSConditionLock
@synchronized
多線程文件讀寫安全，多讀單寫：
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使用讀寫鎖pthread_rwlock_t：是“互斥鎖”。
//聲明讀寫鎖 pthread_rwlock_t rwlock; //初始化讀寫鎖 pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL); //讀的加鎖 pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); //讀的解鎖 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); //寫的加鎖 pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); //寫的解鎖 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); //銷毀鎖 pthread_rwlock_destroy(&rwlock); -
異步函數(shù)dispatch_async進(jìn)行讀的操作和異步柵欄dispatch_barrier_async進(jìn)行寫的操作：讀寫操作必須保證在同一個(gè)手動(dòng)創(chuàng)建的并發(fā)隊(duì)列中。
//必須手動(dòng)創(chuàng)建并發(fā)隊(duì)列 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); //異步h函數(shù)執(zhí)行讀的操作 dispatch_async(queue, ^{ //讀的操作 }); //異步柵欄函數(shù)進(jìn)行寫的操作，隊(duì)列必須是手動(dòng)創(chuàng)建的全局并發(fā)隊(duì)列。 //如果不是，傳入的是串行隊(duì)列或者全局并發(fā)隊(duì)列，異步柵欄會(huì)失效，效果等同于異步函數(shù)dispatch_async dispatch_barrier_async(queue, ^{ //寫的操作 });
