多线程操作过程中往往多个线程是并发执行的，当多个线程同时访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题，这时可以利用线程同步技术，常见的线程同步技术即加锁。

iOS中的线程同步方案:性能从高到低排序

• os_unfair_lock
• OSSpinLock
• dispatch_semaphore
• pthread_mutex
• dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
• NSLock
• NSCondition
• pthread_mutex(recursive)
• NSRecursiveLock
• NSConditionLock
• @synchronized

一、OSSpinLock

• OSSpinLock叫做”自旋锁”，等待锁的线程会处于忙等（busy-wait）状态，一直占用着CPU资源
• 目前已经不再安全，可能会出现优先级反转问题
• 如果等待锁的线程优先级较高，它会一直占用着CPU资源，优先级低的线程就无法释放锁
• 需要导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>

//初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
//加锁
OSSpinLockLock(&lock);
//尝试加锁(如果需要等待就不加锁，直接返回false;如果不需要等待就加锁，返回true)
bool result = OSSpinLockTry(& lock);
//解锁
 OSSpinLockUnlock(&lock);

二、os_unfair_lock

• os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ，从iOS10开始才支持
• 从底层调用看，等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态，并非忙等
• 需要导入头文件#import <os/lock.h>

//初始化
os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
//尝试加锁
bool result =  os_unfair_lock_trylock(&lock);
//加锁
os_unfair_lock_lock(&lock);
//解锁
os_unfair_lock_unlock(&lock);

三、pthread_mutex

• mutex叫做”互斥锁”，等待锁的线程会处于休眠状态
• 需要导入头文件#import <pthread.h>
  1、pthread_mutex普通锁

 // 初始化属性
 pthread_mutexattr_t attr;
 pthread_mutexattr_init(&attr);
 pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
 // 初始化锁
 pthread_mutex_t mutex;
 pthread_mutex_init(&mutex, &attr);
//加锁
 pthread_mutex_lock(&mutex);
//尝试加锁
pthread_mutex_trylock(&mutex);
//解锁
 pthread_mutex_unlock(&mutex);
 // 销毁属性
 pthread_mutexattr_destroy(&attr);
//销毁锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);

2、pthread_mutex-递归锁

• 允许同一个线程对一把锁进行重复加锁

 // 初始化属性
 pthread_mutexattr_t attr;
 pthread_mutexattr_init(&attr);
 pthread_mutexattr_settype(&attr,   PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 // 初始化锁
 pthread_mutex_t mutex;
 pthread_mutex_init(&mutex, &attr);

3、pthread_mutex-条件锁

 // 初始化锁
 pthread_mutex_t mutex;
 pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
 // 初始化条件
 pthread_cond_t cond;
 pthread_cond_init(&cond, NULL);
//加锁
 pthread_mutex_lock(&mutex);
//解锁
 pthread_mutex_unlock(&mutex);
//等待条件（进入休眠，放开mutex锁；被唤醒后，会再次对mutex加锁）
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
//激活一个等待该条件的线程
pthread_cond_signal(&cond);
//激活所有等待该条件的线程
pthread_cond_broadcast(&cond);
//销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);

四、NSLock、NSRecursiveLock

• NSLock是对mutex普通锁的封装

//初始化锁
NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
//加锁
[lock lock];
//解锁
[lock unlock];

• NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致

五、NSCondition

• NSCondition是对mutex和cond的封装

- (void)wait;
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit;
- (void)signal;
- (void)broadcast;

六、NSConditionLock

• NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值

- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition NS_DESIGNATED_INITIALIZER;

@property (readonly) NSInteger condition;
- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
- (BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit;

七、dispatch_semaphore

• semaphore叫做”信号量”
• 信号量的初始值，可以用来控制线程并发访问的最大数量
• 信号量的初始值为1，代表同时只允许1条线程访问资源，保证线程同步

//初始化信号量
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
 // 如果信号量的值 > 0，就让信号量的值减1，然后继续往下执行代码
 // 如果信号量的值 <= 0，就会休眠等待，直到信号量的值变成>0，就让信号量的值减1，然后继续往下执行代码
// 让信号量的值+1
dispatch_semaphore_signal(semaphore);

八、dispatch_queue

• 使用dispatch_queue串行队列也可以实现线程同步

dispatch_queue__t queue = dispatch_queue_create("ticketQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(queue, ^{
    //任务 
 });

九、@synchronized

• @synchronized是对mutex递归锁的封装
• @synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作

 @synchronized(lock) {
        //任务
}

自旋锁、互斥锁比较

• 什么情况使用自旋锁比较划算？
  1、预计线程等待锁的时间很短
  2、加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生
  3、CPU资源不紧张
  4、多核处理器

• 什么情况使用互斥锁比较划算？
  1、预计线程等待锁的时间较长
  2、单核处理器
  3、临界区有IO操作
  4、临界区代码复杂或者循环量大
  5、临界区竞争非常激烈

iOS中的读写安全方案

以下场景就是典型的“多读单写”，经常用于文件等数据的读写操作
1、同一时间，只能有1个线程进行写的操作
2、同一时间，允许有多个线程进行读的操作
3、同一时间，不允许既有写的操作，又有读的操作

iOS中的实现方案有：

一、 pthread_rwlock：读写锁

image.png

二、 dispatch_barrier_async：异步栅栏调用

• 这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的

• 如果传入的是一个串行或是一个全局的并发队列，那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果

  
  image.png