引言
說到多線程就不得不提多線程中的鎖機制，多線程操作過程中往往都是多個線程并發執行的，因此同一個資源可能被多個線程同時訪問，造成資源搶奪，這個過程中如果沒有鎖機制往往會造成重大問題。對于銀行存取錢系統，以及購票系統都是很重要的。就購票系統來說，每年春節都是一票難求，供不應求，在官方購票網站買票的過程中，分分鐘成百上千的票瞬間就消失了。不妨假設某輛動車有兩千張票，同時有幾萬人在搶這列車的車票，順利的話前面的人都能買到票。但是如果現在只剩下一張票了，而同時還有幾千人在購買這張票，雖然在進入購票環節的時候會判斷當前票數，但是當前已經有一百個線程進入購票的環節，每個線程處理完票數都會減一,一百個線程執行完當前票數為負九十九，這種問題顯然是不能存在的，所以才有了線程鎖。
常用的鎖
要解決資源搶奪問題在iOS中有常用的有三種方法：一種是使用NSLock同步鎖，另一種是使用@synchronized代碼塊。還有GCD的信號量（dispatch_semaphore）三種方法實現原理是類似的。在處理上代碼塊使用起來都很簡單。（C#中也有類似的處理機制synchronized和lock）。
多線程的安全隱患
資源共享
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。當多個線程訪問同一塊資源時，很容易引發數據錯亂和數據安全問題。
通過上圖我們發現，當線程A訪問數據并對數據進行操作的同時，線程B訪問的數據還是沒有更新的數據，線程B同樣對數據進行操作，當兩個線程結束返回時，就會發生數據錯亂的問題。具體實現代碼如下所示：
- (void)test
{
//默認有10張票
leftTicketsCount = 10;
//開啟多個線程，模擬售票員售票
NSThread *thread1=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(sellTickets) object:nil];
thread1.name=@"模擬售票員A";
NSThread *thread2=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(sellTickets) object:nil];
thread2.name=@"模擬售票員B";
NSThread *thread3=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(sellTickets) object:nil];
thread3.name=@"模擬售票員C";
//開啟線程
[thread1 start];
[thread2 start];
[thread3 start];
}
- (void)sellTickets
{
while (1) {
//1.先檢查票數
int count = leftTicketsCount;
if (count>0) {
//暫停一段時間
[NSThread sleepForTimeInterval:0.002];
//2.票數-1
leftTicketsCount= count-1;
//獲取當前線程
NSThread *current=[NSThread currentThread];
NSLog(@"%@--賣了一張票，還剩余%d張票", current.name, leftTicketsCount);
}
else {
//退出線程
[NSThread exit];
}
}
}
打印結果：
加鎖之后的實現流程圖如下所示：
我們可以看出，當線程A訪問數據并對數據進行操作的時候，數據被加上一把鎖，這個時候其他線程都無法訪問數據，知道線程A結束返回數據，線程B此時在訪問數據并修改，就不會造成數據錯亂了。下面我們來看一下互斥鎖的使用。
如何解決資源競爭
1.使用互斥鎖synchronized
- @synchronized(鎖對象) {
// 需要鎖定的代碼
}
- (void)sellTickets
{
while (1) {
@synchronized(self){//加一把鎖
//1.先檢查票數
int count = leftTicketsCount;
if (count>0) {
//暫停一段時間
[NSThread sleepForTimeInterval:0.002];
//2.票數-1
leftTicketsCount= count-1;
//獲取當前線程
NSThread *current=[NSThread currentThread];
NSLog(@"%@--賣了一張票，還剩余%d張票", current.name, leftTicketsCount);
}
else {
//退出線程
[NSThread exit];
}
}
}
}
互斥鎖的優缺點
- 優點：能有效防止因多線程搶奪資源造成的數據安全問題
- 缺點：需要消耗大量的CPU資源
互斥鎖的使用前提：多條線程搶奪同一塊資源
相關專業術語：線程同步,多條線程按順序地執行任務
互斥鎖，就是使用了線程同步技術
注意：鎖定1份代碼只用1把鎖，用多把鎖是無效的
2.原子和非原子屬性
OC在定義屬性時有nonatomic和atomic兩種選擇
atomic：原子屬性，為setter方法加鎖（默認就是atomic）
nonatomic：非原子屬性，不會為setter方法加鎖
@property (assign, atomic) int age;
- (void)setAge:(int)age
{
@synchronized(self) {
_age = age;
}
}
nonatomic和atomic對比
- atomic：線程安全，需要消耗大量的資源
- nonatomic：非線程安全，適合內存小的移動設備
3.NSLock
- (void)sellTickets
{
while（1）{
[lock lock];
//1.先檢查票數
int count = leftTicketsCount;
if(count > 0){
//暫停一段時間
[NSThread sleepForTimeInterval:0.01];
//2.票數減1
leftTicketsCount = count -1;
//獲得當前線程
NSThread *current = [NSThread currentTHread];
NSLog(@“%@—賣了一張票”,current.name,leftTicketsCount);
}else{
//退出線程
[NSThread exit];
}
}
注：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、和lockBeforeDate方法：
- tryLock：該方法使當前線程試圖去獲取鎖，并返回布爾值表示是否成功，但是當獲取鎖失敗后并不會使當前線程阻塞。
- lockBeforeDate：該方法與上面的方法類似，但是只有在設置的時間內獲取鎖失敗線程才不會被阻塞，如果獲取鎖失敗時已超出了設置的時間，那么當前線程會被阻塞。
4.關于GCD的信號量dispatch_semaphore_signal
- (void)sellTickets
{
while（1）{
dispatch_semaphore_wait(semaphore,DISPATCH_RIME_FOREVER);
//1.先檢查票數
int count = leftTicketsCount;
if(count > 0){
//暫停一段時間
[NSThread sleepForTimeInterval:0.01];
//2.票數減1
leftTicketsCount = count -1;
//獲得當前線程
NSThread *current = [NSThread currentThread];
NSLog(@“%@—賣了一張票”，current.name,leftTicketsCount);
}
else{
//退出線程
[NSThread exit];
}
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}
}
所實現的效果也是和以上實例介紹的大致相同。
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。如果計數器大于0，那么則允許訪問，并把計數器減1。如果為0，則訪問被禁止，所有通過它的線程都處于等待的狀態。如果desema的值為0，那么這個函數就阻塞當前線程等待timeout（注意timeout的類型為dispatch_time_t，不能直接傳入整形或float型數），如果等待的期間desema的值被dispatch_semaphore_signal函數加1了，且該函數（即dispatch_semaphore_wait）所處線程獲得了信號量，那么就繼續向下執行并將信號量減1。如果等待期間沒有獲取到信號量或者信號量的值一直為0，那么等到timeout時，其所處線程自動執行其后語句。
注：dispatch_semaphore 是信號量，但當信號總量設為 1 時也可以當作鎖來。在沒有等待情況出現時，它的性能比 pthread_mutex 還要高，但一旦有等待情況出現時，性能就會下降許多。相對于 OSSpinLock 來說，它的優勢在于等待時不會消耗 CPU 資源。
