iOS线程同步

iOS开发基础.png

线程同步：即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作。

所以这里同步应该不是一起、共同完成的意思，可理解为协调就是按预定的先后次序进行工作，好比:不要和我抢了，你先等会我做完了你在做。

线程同步目的为了多个线程都能很好的工作，合理的访问系统资源不争不抢、和谐共处。iOS开发中常用的保持线程同步有以下几种：

通过线程加锁
串行队列
GCD

线程加锁

常用的几种形式的锁

1、 @synchronized

- (void)myMethod:(id)anObj
{
    @synchronized(anObj)
    {
        //执行的代码操作
    }
}

通过synchronized指令自动的添加一个互斥锁，底层通过pthread_mutex实现。通过对一段代码的使用进行加锁。其他试图执行该段代码的线程都会被阻塞，直到加锁线程退出执行该段被保护的代码段。

当在@synchronized()代码块中抛出异常的时候，Objective-C运行时会捕获到该异常，并释放信号量，并把该异常重新抛出给下一个异常处理者。

一个线程是可以以递归的方式多次调用myMethod。

关于参数anObj;

作为一个唯一标识符来标记当前线程加锁操作必须是个对象类型，所以对于同一个操作不同的线程应该用同一个对象，否则无法起到标记加锁的作用。不能为空nil。

常见的基本都是self

@synchronized(self)
{
    //执行的代码操作
}

self作为标记符十分常见，但是很明显会有一个问题:

//方法1
- (void)myMethod1:(id)anObj
{
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0), ^{
        @synchronized(anObj)
        {
            //执行的代码操作
        }
    });
}
//方法2
- (void)myMethod2:(id)anObj
{
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0), ^{
        @synchronized(anObj)
        {
            //执行的代码操作
        }
    });
}

myMethod1(self);
myMethod2(self)

如果myMethod1、myMethod2没用任何关系，如果此时执行myMethod1，那么myMethod2就只能等待其执行完成。所以这种情况更细的粒度来加锁，使用各自的对象互不影响更为合理。

2、NSLock

NSLock * lock = [[NSLock alloc]init];
[lock lock];
//执行的代码操作
[lock unlock];

底层通过pthread_mutex实现；方法lock、unlock必须成对出现，必须在同一个线程中操作否则无效。不支持递归，如果多次调用会造成死锁。

如果多个线程共用一个lock ，一个线程加锁后其他请求加锁的线程会形成一个等待队列、按照先进先出的规则等待锁释放后再加锁(待验证)。

3、NSRecursiveLock
递归锁类似NSLock，但它可以在同一个线程中反复加锁且不会造成死锁。
4、 NSCondition
基于信号量方式实现的锁对象，提供单独的信号量管理接口。底层通过pthread_cond_t实现。

NSCondition对象包含锁和条件检测功能，类似于生产者和消费者：消费者消费资源如果没有就继续等待，生产者提供资源然后发出信号激活消费者。锁的作用就是用来保护这一操作防止被其他线程干扰。

DEMO:

    isWait = true;
    condition = [[NSCondition alloc]init];

    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [weakSelf _user];
    });
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [weakSelf _produce];
    });

-(void)_user{
    [condition lock];
    
    while (isWait) {
        //等待其他线程发出信号,[condition signal];
        //阻塞当前线程
        NSLog(@"等待条件满足");
        [condition wait];
    }
    {
        //执行操作
        NSLog(@"执行操作");
    }
    
    //完成
    [condition unlock];
    
    NSLog(@"完成");
}

-(void)_produce{
    [condition lock];
     isWait = false;
     [condition signal];
     [condition unlock];
}

输出结果:

[13781:212898] 等待条件满足
[13781:212898] 执行操作
[13781:212898] 完成

5、 NSConditionLock
可以使用特定值来加锁和解锁，和NSCondition表现差不多。

(instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition
参数condition作为标识符更容易理解，lockWhenCondition获取指定标记的锁没有的话就阻塞当前线程，unlockWithCondition:释放指定标记的锁，等他的线程获取锁然后继续执行操作。

使用上比NSCondition更方便些，代码更简洁。

用NSConditionLock改写以上代码:

-(void)_testConditionLock{
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [weakSelf _user1];
    });
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [weakSelf _produce1];
    });
}
-(void)_user1{
    NSLog(@"等待条件满足");
    [conditionLock lockWhenCondition:11];
    
    NSLog(@"条件满足了");

    {
        //执行操作
        NSLog(@"执行操作");
    }
    
    //完成
    [conditionLock unlockWithCondition:0];
    
    NSLog(@"完成");
}

[self _testConditionLock];

输出结果:

[7812:120141] 等待条件满足
[7812:120137] 生成条件中...
[7812:120141] 条件满足了
[7812:120141] 执行操作
[7812:120141] 完成

6、其他不常用的锁
pthread_mutex
pthread_mutex(recursive)
POSIX标准的unix多线程,C 语言下多线程实现。

OSSpinLock:自旋锁，一直轮询等待时会消耗大量 CPU 资源。

串行队列

通过创建一个串行队列，把我们的操作添加到队列。

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.queue.test",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"task 1");
});
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"task 2");
});

dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"task 3");
});

感觉创建队列、添加操作到队列太麻烦，不够简洁而且队列的调度肯定占用不少资源.

GCD

通过dispatch_semaphore信号量实现线程同步

dispatch_semaphore_create(long value);

dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout);//-1

dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema);//+1

dispatch_semaphore_wait在信号量为0时会阻塞当前线程，等待dispatch_semaphore_signal释放信号然后继续执行。

用信号量改写以上代码:

-(void)_testSemaphore{
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [weakSelf _user2];
    });
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [weakSelf _produce2];
    });
}
-(void)_user2{
    NSLog(@"等待条件满足");
    dispatch_semaphore_wait(semaphore,DISPATCH_TIME_FOREVER);

    NSLog(@"条件满足了");

    {
        //执行操作
        NSLog(@"执行操作");
    }
    
    //完成
    NSLog(@"完成");
}

-(void)_produce2{
    NSLog(@"生成条件中...");
     dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}

    semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    NSLog(@"初始化信号0");

    [self _testSemaphore];

输出:

[9581:159120] 初始化信号0
[9581:159194] 生成条件中...
[9581:159195] 等待条件满足
[9581:159195] 条件满足了
[9581:159195] 执行操作
[9581:159195] 完成

总结

常用的线程间同步方式就这些了，我实际中用的信号量和NSLock比较多。至于其他的不是因为不好而是因为习惯了，不到很必须的时候我感觉都差不多。真正因为其本身所占用的开销一般可忽略不计。

整理此文前前后后持续了一周的时间，总算进一步加深了认知。写完了才感觉这些知识才是自己的，然后在慢慢吸收、消化，伴随我们一步步的走向强大。

未来的路很长，不知道会走多远，只想走好脚下的每一步！