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有言在先
首先我不是故意要做標(biāo)題黨的，也不是我要炒冷飯，我只是想換個姿勢看多線程，本文大部分內(nèi)容在分析如何造死鎖，奈何功力尚淺，然而再淺，也需要走出第一步。打開你的 Xcode 來驗(yàn)證這些死鎖吧。
多線程小知識
以下是實(shí)現(xiàn)多線程的三種方式：
- NSThread
- GCD
- NSOperationQueue
關(guān)于具體使用的方法不再具體介紹，讓我們來看看他們不為人知的一面
1. 鎖的背后
NSLock是基于 POSIX threads 實(shí)現(xiàn)的，而 POSIX threads 中使用互斥量同步線程。
互斥量（或稱為互斥鎖）是 pthread 庫為解決這個問題提供的一個基本的機(jī)制。互斥量是一個鎖，它保證如下三件事情：
原子性 - 鎖住一個互斥量是一個原子操作，表明操作系統(tǒng)保證如果在你已經(jīng)鎖了一個互斥量，那么在同一時刻就不會有其他線程能夠鎖住這個互斥量；
奇異性 - 如果一個線程鎖住了一個互斥量，那么可以保證的是在該線程釋放這個鎖之前沒有其他線程可以鎖住這個互斥量；
非忙等待 - 如果一個線程（線程1）嘗試去鎖住一個由線程2鎖住的鎖，線程1會掛起（suspend）并且不會消耗任何CPU資源，直到線程2釋放了這個鎖。這時，線程1會喚醒并繼續(xù)執(zhí)行，鎖住這個互斥量。
2. 關(guān)于生命周期
通過 [NSThread exit] 方法使線程退出 ，NSThread 是可以立即終止正在執(zhí)行的任務(wù)（可能會造成內(nèi)存泄露，這里不深究）。甚至你可以在主線程中執(zhí)行該操作，會使主線程也退出，app 無法再響應(yīng)事件。而 cancel 可以通過作為標(biāo)志位來達(dá)到類似目的，如果不做任何處理，仍然會繼續(xù)執(zhí)行。
GCD和NSOperationQueue可以取消隊列中未開始執(zhí)行的任務(wù)，對于已經(jīng)開始執(zhí)行的任務(wù)就無能為力了。
| 實(shí)現(xiàn)方式\功能 | 線程生命周期 | 取消任務(wù) |
|---|---|---|
| NSThread | 手動管理 | 立即停止執(zhí)行 |
| GCD | 自動管理 | 取消隊列中未執(zhí)行的任務(wù) |
| NSOperationQueue | 自動管理 | 取消隊列中未執(zhí)行的任務(wù) |
3. 并行與并發(fā)
看到很多文章里提到 并發(fā)隊列 ，這里有一個小陷阱，混淆了 并發(fā) 和 并行 的概念。我們先來看看一下他們之間的區(qū)別：
從圖中可以看到，并行才是真正的多線程，而并發(fā)只是在多任務(wù)中切換。一般多核CPU可以并行執(zhí)行多個線程，而單核CPU實(shí)際上只有一個線程，多路復(fù)用達(dá)到接近同時執(zhí)行的效果。在 iOS 中 dispatch_async 和 globalQueue 從 Xcode 中線程使用情況來看，都達(dá)到了并行的效果。
4. 隊列與線程
隊列是保存以及管理任務(wù)的，將任務(wù)加到隊列中，任務(wù)會按照加入到隊列中先后順序依次執(zhí)行。如果是全局隊列和并發(fā)隊列，則系統(tǒng)會根據(jù)系統(tǒng)資源去創(chuàng)建新的線程去處理隊列中的任務(wù)，線程的創(chuàng)建、維護(hù)和銷毀由操作系統(tǒng)管理，還有隊列本身是線程安全的。
使用 NSOperationQueue 實(shí)現(xiàn)多線程的時候是可以控制線程總數(shù)及線程依賴關(guān)系的，而 GCD 只能選擇并發(fā)或者串行隊列。
資源競爭
多線程同時執(zhí)行任務(wù)能提高程序的執(zhí)行效率和響應(yīng)時間，但是多線程不可避免地遇到同時操作同一資源的情況。前段時間看到的一個資源競爭的問題為例：
@property (nonatomic, strong) NSString *target;
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("parallel", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
for (int i = 0; i < 1000000 ; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
self.target = [NSString stringWithFormat:@"ksddkjalkjd%d",i];
});
}
解決辦法：
-
@property (nonatomic, strong) NSString *target;將nonatomic改成atomic。 - 將并發(fā)隊列
DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT改成串行隊列DISPATCH_QUEUE_SERIAL。 - 異步執(zhí)行
dispatch_async改成同步執(zhí)行dispatch_sync。 - 賦值使用
@synchronized或者上鎖。
這些方法都是從避免同時訪問的角度來解決該問題，有更好的方法歡迎分享。
花樣死鎖
任何事情都有兩面性，就像多線程能提升效率的同時，也會造成資源競爭的問題。而鎖在保證多線程的數(shù)據(jù)安全的同時，粗心大意之下也容易發(fā)生問題，那就是 死鎖 。
1. NSOperationQueue
鑒于 NSOperationQueue 高度封裝，使用起來非常簡單，一般不會出什么幺蛾子，下面的案例展示了一個不好示范，通常我們通過控制 NSOperation 之間的從屬關(guān)系，來達(dá)到有序執(zhí)行任務(wù)的效果，但是如果互相從屬或者循環(huán)從屬都會造成所有任務(wù)無法開始。
NSBlockOperation *blockOperation1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSLog(@"lock 1 start");
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
NSLog(@"lock 1 over");
}];
NSBlockOperation *blockOperation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSLog(@"lock 2 start");
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
NSLog(@"lock 2 over");
}];
NSBlockOperation *blockOperation3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSLog(@"lock 3 start");
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
NSLog(@"lock 3 over");
}];
// 循環(huán)從屬
[blockOperation2 addDependency:blockOperation1];
[blockOperation3 addDependency:blockOperation2];
[blockOperation1 addDependency:blockOperation3]; // 循環(huán)的罪魁禍?zhǔn)?
// 互相從屬
//[blockOperation1 addDependency:blockOperation2];
//[blockOperation2 addDependency:blockOperation1];
[_operationQueue addOperation:blockOperation1];
[_operationQueue addOperation:blockOperation2];
[_operationQueue addOperation:blockOperation3];
有沒有人試過下面這種情況，如果好奇就試試吧！
[blockOperation1 addDependency:blockOperation1];
2. GCD
大多數(shù)開發(fā)者都知道在主線程里同步執(zhí)行任務(wù)會造成死鎖，一起來看看還有哪些情況下會造成死鎖或類似問題。
a. 在主線程同步執(zhí)行 造成 EXC_BAD_INSTRUCEION 錯誤:
- (void)deadlock1 {
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"task 1 start");
[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
NSLog(@"task 1 over");
});
}
b. 和主線程同步執(zhí)行類似，在串行隊列中嵌套使用同步執(zhí)行任務(wù)，同步隊列 task1 執(zhí)行完成后才能執(zhí)行 task2 ，而 task1 中嵌套了task2 導(dǎo)致 task1 注定無法完成。
- (void)deadlock2 {
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.xietao3.sync", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(queue, ^{ // 此處異步同樣會造成互相等待
NSLog(@"task 1 start");
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"task 2 start");
[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
NSLog(@"task 2 over");
});
NSLog(@"task 1 over");
});
}
嵌套同步執(zhí)行任務(wù)確實(shí)很容易出 bug ，但不是絕對，將同步隊列DISPATCH_QUEUE_SERIAL 換成并發(fā)隊列 DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 這個問題就迎刃而解。修改成并發(fā)隊列后案例中 task1 仍然要先執(zhí)行完嵌套在其中的 task2 ，而 task2 開始執(zhí)行時，并發(fā)隊列不會發(fā)生互相等待導(dǎo)致阻塞問題 ， task2 執(zhí)行完成后 task1 繼續(xù)執(zhí)行。
c. 在很多人印象中，異步執(zhí)行不容易發(fā)生互相等待的情況，確實(shí)，即使是串行隊列，異步任務(wù)會等待當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行后再開始，除非你加了一些不健康的佐料。
- (void)deadlock3 {
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.xietao3.asyn", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
dispatch_async(queue, ^{
__block NSString *str = @"xietao3"; // 線程1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)
dispatch_async(queue, ^{
str = [NSString stringWithFormat:@"%ld",[str hash]]; // 線程2 加工數(shù)據(jù)
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"%@",str); // 線程1 使用加工后的數(shù)據(jù)
});
}
d. 常規(guī)死鎖，在已經(jīng)上鎖的情況下再次上鎖，形成彼此等待的局面。
if (!_lock) _lock = [NSLock new];
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.xietao3.sync", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
[_lock lock];
dispatch_sync(queue, ^{
[_lock lock];
[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
[_lock unlock];
});
[_lock unlock];
要解決也比較簡單，將NSLock換成遞歸鎖NSRecursiveLock，遞歸鎖就像普通的門鎖，順時針轉(zhuǎn)一圈加鎖后，逆時針一圈即解鎖；而如果順時針兩圈，同樣逆時針兩圈即可解鎖。下面來一個遞歸的例子：
// 以下代碼可以理解為順時針轉(zhuǎn)10圈上鎖，逆時針轉(zhuǎn)10圈解鎖
- (void)recursivelock:(int)count {
if (count>10) return;
count++;
if (!_recursiveLock) _recursiveLock = [NSRecursiveLock new];
[_recursiveLock lock];
NSLog(@"task%d start",count);
[self recursivelock:count];
NSLog(@"task%d over",count);
[_recursiveLock unlock];
}
3. 其他
除了上面提到的互斥鎖和遞歸鎖，其他的鎖還有：
- OSSpinLock(自旋鎖)
- pthread_mutex（OC中鎖的底層實(shí)現(xiàn)）
- NSConditionLock（條件鎖，對于新手更容易產(chǎn)生死鎖）
- NSCondition（條件鎖的底層實(shí)現(xiàn)）
- @synchronized（對象鎖）
大部分鎖觸發(fā)死鎖的情況和互斥鎖基本一致，NSConditionLock使用起來會更加靈活，而自旋鎖雖然性能爆表，但是存在漏洞，希望了解更多關(guān)于鎖的知識可以點(diǎn)這里，在看的同時不要忘記親自動手驗(yàn)證一下，邊看邊寫邊驗(yàn)證，記得更加深刻。
總結(jié)
關(guān)于多線程、鎖的文章已經(jīng)爛大街了，本文盡可能地從新的角度來看問題，盡量不寫那些重復(fù)的內(nèi)容，希望對你有所幫助，如果文中內(nèi)容有誤，歡迎指出。
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