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锁

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概念

锁：在执行多线程时，用于强行限制资源访问的同步机制，即用于并发控制中保证对互斥要求的满足。

锁都是为了互斥（Mutual exclusion，缩写 Mutex）。即防止两条线程同时对同一公共资源（如全局变量）进行读写的机制。

分类

锁从实现上分两种：

  • 自旋锁。效率高、安全性不足、占用CPU资源大。
  • 非自旋锁。安全性突出、占用CPU资源小，但休眠、唤醒过程要消耗CPU资源。

自旋转锁

忙等待的，会一直在那空转（循环），直到使用锁的一方释放。自旋锁不会让线程状态发生切换，一直处于用户态，即线程一直都是active的，不会让线程进入阻塞/休眠，减少了不必要的上下文切换，执行速度快。

以下情况选用自旋锁：

  • 预计线程等待锁的时间很短；
  • 加锁代码（临界区）经常被调用，但竞争情况发生概率很小，对安全性要求不高；
  • CPU资源不紧张或多核处理器

非自旋锁

非忙等待的，操作内核，将自己的状态改为阻塞挂起来，从待执行队列中移出，等待其他线程唤醒。在获取不到锁的时候会进入阻塞状态，从而进入内核态，当获得锁的时候需要从内核态恢复，需要线程上下文切换，影响锁的性能。

以下情况使用非自旋锁：

  • 预计线程等待锁的时间比较长；
  • 单核处理器；
  • 临界区有IO操作；
  • 临界区代码复杂度、循环量大
  • 临界区竞争非常激烈，对安全性要求高

阻塞与休眠

  • 阻塞：等待一个中断事件的到来
  • 休眠：等待一个超时事件的到来

iOS中的锁

互斥锁：

  • pthread_mutex_t
  • NSLock、NSConditionLock（封装了pthread_mutex_t，attr = 普通）
  • NSDistributedLock（封装了pthread_mutex_t，attr = 递归）
    • 引用计数表的数据结构中使用到，对一张表的多个部分进行同时操作。
  • NSCondition（封装了pthread_mutex_t和pthread_cond_t）
  • @synchronized

递归锁（基于互斥锁）：

  • NSRecursiveLock

自旋锁：

  • OSSpinLock

NSLock

普通的互斥锁。通过阻塞线程实现。

NSConditionLock

条件锁。比NSLock多了个NSInteger condition作为相等的条件。与condition相等则加锁。

NSRecursiveLock

递归锁。与NSLock类似，但可以在同一线程重复加锁而不死锁。实现递归过程原子性。

OSSpinLock

自旋锁。

os_unfair_lock

用于替代OSSpinLock，解决了优先级反转的问题，但其本质是互斥锁。atomic内部也使用该锁。

NSCondition

协调线程间的顺序执行。wait-signal。先执行一部分任务，然后跳转到其他地方执行，完了以后再回来。

@synchronize(object)

通过判断传入的对象是否相同，才满足互斥。

dispatch_semaphore

信号量。限制有限数量的资源使用。

pthread_mutex

互斥锁。

实现多线程多读单写

实现方案：

  • pthread_rwlock，读写锁
  • dispatch_barrier_async，异步栅栏调用
    • 需要在一个自己创建的并发队列中执行屏障。
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//手动创建一个并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("rw_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{ // 普通异步
    /*
     读操作代码
     */
});
dispatch_barrier_async(queue, ^{ // 屏障异步
    /*
     写操作代码
     */
});

参考

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