本文主要引自iOS開(kāi)發(fā)中的11種鎖以及性能對(duì)比
數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的定義很簡(jiǎn)單：當(dāng)至少有兩個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)變量，而且至少其中有一個(gè)是寫操作時(shí)，就發(fā)生了數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。所以這是就要利用一些同步機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，鎖就是同步機(jī)制中的一種。
怎么檢測(cè)項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)？

簡(jiǎn)單的性能測(cè)試

下圖是原文作者針對(duì)iOS中的鎖自己測(cè)試得出的，圖中數(shù)字代表每次加解鎖需要消耗的時(shí)間，單位為ns。代碼在這里

圖片.png

• 注：運(yùn)行手機(jī)： iphone6s plus ，系統(tǒng)版本：11.2.2，Xcode9.2；數(shù)字的單位為ns（得出的具體數(shù)值是跑了多次取的均值）。
  值得注意的是：1.這個(gè)數(shù)字僅僅代表每次加解鎖的耗時(shí)，并不能全方面的代表性能。2.不同的機(jī)型和系統(tǒng)，不同的循環(huán)次數(shù)可能結(jié)果會(huì)略微有些差異。
  但是還是可以看出@synchronized:是表現(xiàn)最差的。

在具體說(shuō)這些鎖之前，先來(lái)說(shuō)幾個(gè)概念定義：

• 臨界區(qū)：指的是一塊對(duì)公共資源進(jìn)行訪問(wèn)的代碼，并非一種機(jī)制或是算法。
• 自旋鎖：是用于多線程同步的一種鎖，線程反復(fù)檢查鎖變量是否可用。由于線程在這一過(guò)程中保持執(zhí)行，因此是一種忙等待。一旦獲取了自旋鎖，線程會(huì)一直保持該鎖，直至顯式釋放自旋鎖。 自旋鎖避免了進(jìn)程上下文的調(diào)度開(kāi)銷，因此對(duì)于線程只會(huì)阻塞很短時(shí)間的場(chǎng)合是有效的。
• 互斥鎖（Mutex）：是一種用于多線程編程中，防止兩條線程同時(shí)對(duì)同一公共資源（比如全局變量）進(jìn)行讀寫的機(jī)制。該目的通過(guò)將代碼切片成一個(gè)一個(gè)的臨界區(qū)而達(dá)成。
• 讀寫鎖：是計(jì)算機(jī)程序的并發(fā)控制的一種同步機(jī)制，也稱“共享-互斥鎖”、多讀者-單寫者鎖) 用于解決多線程對(duì)公共資源讀寫問(wèn)題。讀操作可并發(fā)重入，寫操作是互斥的。 讀寫鎖通常用互斥鎖、條件變量、信號(hào)量實(shí)現(xiàn)。
• 信號(hào)量（semaphore）：是一種更高級(jí)的同步機(jī)制，互斥鎖可以說(shuō)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(lái)實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的同步，而不單單是線程間互斥。
• 條件鎖：就是條件變量，當(dāng)進(jìn)程的某些資源要求不滿足時(shí)就進(jìn)入休眠，也就是鎖住了。當(dāng)資源被分配到了，條件鎖打開(kāi)，進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。

iOS開(kāi)發(fā)中用到的鎖

• 互斥鎖

1.NSLock：

是Foundation框架中以對(duì)象形式暴露給開(kāi)發(fā)者的一種鎖，NSLock定義如下：

@protocol NSLocking

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

@end

@interface NSLock : NSObject <NSLocking> {
@private
    void *_priv;
}

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

@property (nullable, copy) NSString *name API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

@end

tryLock 和 lock 方法都會(huì)請(qǐng)求加鎖，唯一不同的是trylock在沒(méi)有獲得鎖的時(shí)候可以繼續(xù)做一些任務(wù)和處理。lockBeforeDate方法也比較簡(jiǎn)單，就是在limit時(shí)間點(diǎn)之前獲得鎖，沒(méi)有拿到返回NO。
實(shí)際項(xiàng)目中：NSLock在AFNetworking的AFURLSessionManager.m中應(yīng)用如下：

- (instancetype)initWithSessionConfiguration:(NSURLSessionConfiguration *)configuration {
    ...
    self.lock = [[NSLock alloc] init];
    self.lock.name = AFURLSessionManagerLockName;
    ...
}
- (void)setDelegate:(AFURLSessionManagerTaskDelegate *)delegate
            forTask:(NSURLSessionTask *)task
{
    ...
    [self.lock lock];
    self.mutableTaskDelegatesKeyedByTaskIdentifier[@(task.taskIdentifier)] = delegate;
    [delegate setupProgressForTask:task];
    [self addNotificationObserverForTask:task];
    [self.lock unlock];
}

2.pthread_mutex：

實(shí)際項(xiàng)目中：在YYKit的YYMemoryCach中可以看到

- (instancetype)init {
    ...
    pthread_mutex_init(&_lock, NULL);
    ...
}
- (void)_trimToCost:(NSUInteger)costLimit {
    BOOL finish = NO;
    pthread_mutex_lock(&_lock);
    if (costLimit == 0) {
        [_lru removeAll];
        finish = YES;
    } else if (_lru->_totalCost <= costLimit) {
        finish = YES;
    }
    pthread_mutex_unlock(&_lock);
    if (finish) return;

    NSMutableArray *holder = [NSMutableArray new];
    while (!finish) {
        if (pthread_mutex_trylock(&_lock) == 0) {
            if (_lru->_totalCost > costLimit) {
                _YYLinkedMapNode *node = [_lru removeTailNode];
                if (node) [holder addObject:node];
            } else {
                finish = YES;
            }
            pthread_mutex_unlock(&_lock);
        } else {
            usleep(10 * 1000); //10 ms
        }
    }
   ...
}

3.@synchronized：

實(shí)際項(xiàng)目中：AFNetworking中 isNetworkActivityOccurring屬性的getter方法

- (BOOL)isNetworkActivityOccurring {
    @synchronized(self) {
        return self.activityCount > 0;
    }
}

關(guān)于 @synchronized推薦擴(kuò)展閱讀 關(guān)于 @synchronized，這兒比你想知道的還要多

自旋鎖

1.OSSpinLock：

OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
OSSpinLockLock(&lock);
...
OSSpinLockUnlock(&lock);

上面是OSSpinLock使用方式，編譯會(huì)報(bào)警告，已經(jīng)廢棄了，OSSpinLock大家也已經(jīng)不再用它了，因?yàn)樗谀骋恍﹫?chǎng)景下已經(jīng)不安全了，可以參考 YY大神的不再安全的 OSSpinLock，在Protocol Buffers項(xiàng)目中你可以看到這樣的注釋，大家已經(jīng)用新的方案替換了。

 // NOTE: OSSpinLock may seem like a good fit here but Apple engineers have
  // pointed out that they are vulnerable to live locking on iOS in cases of
  // priority inversion:
  //   http://mjtsai.com/blog/2015/12/16/osspinlock-is-unsafe/
  //   https://lists.swift.org/pipermail/swift-dev/Week-of-Mon-20151214/000372.html

os_unfair_lock:(互斥鎖)
os_unfair_lock 是蘋果官方推薦的替換OSSpinLock的方案，但是它在iOS10.0以上的系統(tǒng)才可以調(diào)用。os_unfair_lock是一種互斥鎖，它不會(huì)向自旋鎖那樣忙等，而是等待線程會(huì)休眠。

os_unfair_lock_t unfairLock;
unfairLock = &(OS_UNFAIR_LOCK_INIT);
os_unfair_lock_lock(unfairLock);
os_unfair_lock_unlock(unfairLock);

讀寫鎖

上文有說(shuō)到，讀寫鎖又稱共享-互斥鎖，
pthread_rwlock：

//加讀鎖
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
//解鎖
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
//加寫鎖
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
//解鎖
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

遞歸鎖

遞歸鎖有一個(gè)特點(diǎn)，就是同一個(gè)線程可以加鎖N次而不會(huì)引發(fā)死鎖。
1.NSRecursiveLock:
NSRecursiveLock在YYKit中YYWebImageOperation.m中有用到：

_lock = [NSRecursiveLock new];
- (void)dealloc {
    [_lock lock];
    ...
    ...
    [_lock unlock];
}

2.pthread_mutex(recursive):
pthread_mutex鎖也支持遞歸，只需要設(shè)置PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE即可

pthread_mutex_t lock;
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
pthread_mutex_init(&lock, &attr);
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
pthread_mutex_lock(&lock);
pthread_mutex_unlock(&lock);

條件鎖

1. NSCondition:
定義：

@interface NSCondition : NSObject <NSLocking> {
@private
    void *_priv;
}

- (void)wait;
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit;
- (void)signal;
- (void)broadcast;

遵循NSLocking協(xié)議，使用的時(shí)候同樣是lock,unlock加解鎖，wait是傻等，waitUntilDate:方法是等一會(huì)，都會(huì)阻塞掉線程，signal是喚起一個(gè)在等待的線程，broadcast是廣播全部喚起。

NSCondition *lock = [[NSCondition alloc] init];
//Son 線程
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [lock lock];
    while (No Money) {
        [lock wait];
    }
    NSLog(@"The money has been used up.");
    [lock unlock];
});

 //Father線程
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [lock lock];
    NSLog(@"Work hard to make money.");
    [lock signal];
    [lock unlock];
 });

2.NSConditionLock:
定義：

@interface NSConditionLock : NSObject <NSLocking> {
@private
    void *_priv;
}

- (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;

很簡(jiǎn)單，方法很清晰，基本同上。

信號(hào)量

dispatch_semaphore:
dispatch_semaphore在YYKit中的YYThreadSafeArray.m有所應(yīng)用，YY大神有這樣一句注釋：

@discussion Generally, access performance is lower than NSMutableArray, 
 but higher than using @synchronized, NSLock, or pthread_mutex_t.

#define LOCK(...) dispatch_semaphore_wait(_lock, DISPATCH_TIME_FOREVER); \
__VA_ARGS__; \
dispatch_semaphore_signal(_lock);