iOS開發－多線程開發之線程安全篇

前言：一塊資源可能會被多個線程共享，也就是多個線程可能會訪問同一塊資源，比如多個線程訪問同一個對象、同一個變量、同一個文件和同一個方法等。因此當多個線程訪問同一塊資源時，很容易會發生數據錯誤及數據不安全等問題。因此要避免這些問題，我們需要使用“線程鎖”來實現。

 

本文主要論述IOS創建鎖的方法總結，如果大家對多線程編程技術這一塊不熟悉，我建議你們先去看我的另一篇文章”iOS開發－多線程編程技術（Thread、Cocoa operations、GCD）“

 

一、使用關鍵字

1）@synchronized（互斥鎖）

優點：使用@synchronized關鍵字可以很方便地創建鎖對象，而且不用顯式的創建鎖對象。

缺點：會隱式添加一個異常處理來保護代碼，該異常處理會在異常拋出的時候自動釋放互斥鎖。而這種隱式的異常處理會帶來系統的額外開銷，為優化資源，你可以使用鎖對象。

二、“Object－C”語言

1）NSLock（互斥鎖）

2）NSRecursiveLock（遞歸鎖）

條件鎖，遞歸或循環方法時使用此方法實現鎖，可避免死鎖等問題。

3）NSConditionLock（條件鎖）

使用此方法可以指定，只有滿足條件的時候才可以解鎖。

4）NSDistributedLock（分布式鎖）

在IOS中不需要用到，也沒有這個方法，因此本文不作介紹，這里寫出來只是想讓大家知道有這個鎖存在。

如果想要學習NSDistributedLock的話，你可以創建MAC OS的項目自己演練，方法請自行Google，謝謝。

三、C語言

1）pthread_mutex_t（互斥鎖）

2）GCD－信號量（“互斥鎖”）

3）pthread_cond_t（條件鎖）

 

線程安全 —— 鎖

一、使用關鍵字：

1）@synchronized

// 實例類person
Person *person = [[Person alloc] init];

// 線程A
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ @synchronized(person) { [person personA]; [NSThread sleepForTimeInterval:3]; // 線程休眠3秒  } }); // 線程B dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ @synchronized(person) { [person personB]; } });

關鍵字@synchronized的使用，鎖定的對象為鎖的唯一標識，只有標識相同時，才滿足互斥。如果線程B鎖對象person改為self或其它標識，那么線程B將不會被阻塞。你是否看到@synchronized(self) ，也是對的。它可以鎖任何對象，描述為@synchronized(anObj)。

 

二、Object－C語言

1）使用NSLock實現鎖

// 實例類person
Person *person = [[Person alloc] init];
// 創建鎖
NSLock *myLock = [[NSLock alloc] init];

// 線程A
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [myLock lock];
    [person personA];
    [NSThread sleepForTimeInterval:5];
    [myLock unlock];
});

// 線程B
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [myLock lock];
    [person personB];
    [myLock unlock];
}); 

程序運行結果：線程B會等待線程A解鎖后，才會去執行線程B。如果線程B把lock和unlock方法去掉之后，則線程B不會被阻塞，這個和synchronized的一樣，需要使用同樣的鎖對象才會互斥。

NSLock類還提供tryLock方法，意思是嘗試鎖定，當鎖定失敗時，不會阻塞進程，而是會返回NO。你也可以使用lockBeforeDate:方法，意思是在指定時間之前嘗試鎖定，如果在指定時間前都不能鎖定，也是會返回NO。

注意：鎖定(lock)和解鎖(unLock)必須配對使用

 

2）使用NSRecursiveLock類實現鎖 

// 實例類person
Person *person = [[Person alloc] init];
// 創建鎖對象
NSRecursiveLock *theLock = [[NSRecursiveLock alloc] init];

// 創建遞歸方法
static void (^testCode)(int);
testCode = ^(int value) {
    [theLock tryLock];
    if (value > 0)
    {
        [person personA];
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        testCode(value - 1);
    }
    [theLock unlock];
};

//線程A
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    testCode(5);
});

//線程B
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [theLock lock];
    [person personB];
    [theLock unlock];
});

如果我們把NSRecursiveLock類換成NSLock類，那么程序就會死鎖。因為在此例子中，遞歸方法會造成鎖被多次鎖定（Lock），所以自己也被阻塞了。而使用NSRecursiveLock類，則可以避免這個問題。

 

3）使用NSConditionLock（條件鎖）類實現鎖：

使用此方法可以創建一個指定開鎖的條件，只有滿足條件，才能開鎖。

// 實例類person
Person *person = [[Person alloc] init];
// 創建條件鎖
NSConditionLock *conditionLock = [[NSConditionLock alloc] init];

// 線程A
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [conditionLock lock];
    [person personA];
    [NSThread sleepForTimeInterval:5];
    [conditionLock unlockWithCondition:10];
});

// 線程B
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [conditionLock lockWhenCondition:10];
    [person personB];
    [conditionLock unlock];
});

線程A使用的是lock方法，因此會直接進行鎖定，並且指定了只有滿足10的情況下，才能成功解鎖。

unlockWithCondition:方法，創建條件鎖，參數傳入“整型”。lockWhenCondition:方法，則為解鎖，也是傳入一個“整型”的參數。

 

三、C語言

1）使用pthread_mutex_t實現鎖

注意：必須在頭文件導入：#import <pthread.h>

// 實例類person
Person *person = [[Person alloc] init];

// 創建鎖對象
__block pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

// 線程A
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    [person personA];
    [NSThread sleepForTimeInterval:5];
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
});

// 線程B
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    [person personB];
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
});

實現效果和上例的相一致

  

2）使用GCD實現“鎖”（信號量）

GCD提供一種信號的機制，使用它我們可以創建“鎖”（信號量和鎖是有區別的，具體請自行百度）。

// 實例類person
Person *person = [[Person alloc] init];

// 創建並設置信量
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);

// 線程A
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    [person personA];
    [NSThread sleepForTimeInterval:5];
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});

// 線程B
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    [person personB];
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});

效果也是和上例介紹的相一致。

我在這里解釋一下代碼。dispatch_semaphore_wait方法是把信號量加1，dispatch_semaphore_signal是把信號量減1。

我們把信號量當作是一個計數器，當計數器是一個非負整數時，所有通過它的線程都應該把這個整數減1。如果計數器大於0，那么則允許訪問，並把計數器減1。如果為0，則訪問被禁止，所有通過它的線程都處於等待的狀態。

 

3）使用POSIX（條件鎖）創建鎖

// 實例類person
Person *person = [[Person alloc] init];

// 創建互斥鎖
__block pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 創建條件鎖
__block pthread_cond_t cond;
pthread_cond_init(&cond, NULL);

// 線程A
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    [person personA];
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
});

// 線程B
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    [person personB];
    [NSThread sleepForTimeInterval:5];
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
});

效果：程序會首先調用線程B，在5秒后再調用線程A。因為在線程A中創建了等待條件鎖，線程B有激活鎖，只有當線程B執行完后會激活線程A。

pthread_cond_wait方法為等待條件鎖。

pthread_cond_signal方法為激動一個相同條件的條件鎖。

 

 

簡單總結：

一般來說，如果項目不大，我們都會偷點懶，直接使用關鍵字@synchronized建立鎖，懶人方法。其次可以使用蘋果提供的OC方法，最后才會去使用C去建立鎖。

 

 

 

 

本文參考文章：

iOS多線程開發（四）－－－線程同步

Objective-C中不同方式實現鎖(一)

信號量與互斥鎖

 

 

 

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博文作者：GarveyCalvin

博文出處：http://www.cnblogs.com/GarveyCalvin/

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