iOS开发常用的几种锁！
前言
开发中引入了异步和多线程的来提高程序性能，也就意味着线程安全成为了多线程的一个障碍，因此线程锁应运而生，而锁如果用不好，还会造成死锁的风险
下面就介绍ios中常用的几种锁，以及读写锁的实现
常见的多线程锁
ios中常见的几种锁包括OSSpinLock、信号量(Semaphore)、pthread_mutex、NSLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex(recursive)、NSRecursiveLock、synchronized
如下所示，为前辈们测试锁性能的案例图(实际可能会略有偏差)：
由于OSSpinLock目前已经不再安全，这里就放弃介绍，案例也把他给删了😂
我们再选锁的时候，如果只是使用互斥锁的效果，那么按照性能排序选择靠前的即可，如果需要锁的一些其他功能，那么根据需要选择，不必过于局限于性能，毕竟实现功能与项目的维护也是非常重要的
其他锁的使用如下所示
信号量(semaphore)
信号量实现加锁功能与其他的略有不同，其通过一个信号值来决定是否阻塞当前线程
wait操作可以使得信号量值减少1，signal使得信号量值增加1
当wait操作使得信号量值小于0时，则所在线程阻塞阻塞休眠，使用signal使得信号量增加时，会顺序唤醒阻塞线程，以此便可以实现加锁功能,
- (void)semaphore {
_semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
}
//wait操作可以使得信号量值减少1，signal使得信号量值增加1
//当信号量值小于0时，则所在线程阻塞休眠，使用signal使得信号量增加时，会顺序唤醒阻塞线程
- (void)semaphoreUpdate {
//wait 可以理解为加锁操作，信号值小于0会休眠当前wait所在线程
//第二个参数 forever 为永远，可以自行设置一段超时时间，达到等待时间会自动解锁
dispatch_semaphore_wait(_semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
wait和singnal中间的这部分代码,即为线程安全代码
_money++;
//signal 可以解锁
dispatch_semaphore_signal(_semaphore);
}
pthread互斥锁
pthread互斥锁是 pthread 库中的一员，linux系统中中常用的库,使用时需要手动import导入 #import <pthread/pthread.h>
其中有 pthread_mutex_trylock为尝试加锁，如果没被加锁，则会加锁成功，并返回0，适用于一些优先级比较低，间歇性调用的功能
注意：其他部分锁也有trylock这个功能，例如 NSLock、NSRecursiveLock、NSConditionLock
#pragma mark --pthread互斥锁
- (void)pthreadMutex {
pthread_mutex_init(&_pMutexLock, NULL);
//使用完毕后在合适的地方销毁，例如dealloc
// pthread_mutex_destroy(&_pMutexLock);
}
- (void)pthreadMutexUpdate {
//加锁代码区间操作，避免多线程同时访问
pthread_mutex_lock(&_pMutexLock);
_money++;
//解锁代码区间操作
pthread_mutex_unlock(&_pMutexLock);
}
- (void)pthreadMutexSub {
//减少数值
[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
//数量大于100开始减少，假设是需要清理东西，这里减少数值
while (self->_money > 10000) {
//尝试加锁，如果能加锁，则加锁，返回零，否则返回不为零的数字
//加锁失败休眠在执行，避免抢夺资源，此任务优先级间接降低
//其他的一些锁也有这功能,例如NSLock、NSRecursiveLock、NSConditionLock
if (pthread_mutex_trylock(&self->_pMutexLock) == 0) {
self->_money--;
//解锁
pthread_mutex_unlock(&self->_pMutexLock);
}else {
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
}
}
}];
}
NSLock互斥锁
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NSLock 遵循 NSLocking协议,是常见的互斥锁之一，为 OC 框架中的 API，使用方便，据说是 pthread 封装的锁
tryLock 方法也是尝试加锁，成功返回true，失败返回false
lockBeforeDate:(NSDate *)limit 在一个时间之间加锁，可以理解为加锁日期截止到指定时间，会自动解锁(与信号量的等待功能一样，这个是设置到指定时间)
#pragma mark --NSLock互斥锁
- (void)NSLock {
_lock = [[NSLock alloc] init];
}
- (void)NSLockUpdate {
//加锁代码区间，避免多线程同时访问
[_lock lock];
_money++;
//解锁代码区间
[_lock unlock];
}
NSCondition锁
NSCondition 算是一个稍微重量级的锁了，我理解为情景锁(另一个原因区分条件锁 NSConditionLock)，适用于一些特殊场景，其也遵循 NSLocking协议，也属于互斥锁
并且再其基础上，新增了信号量功能 wait和 signal，即 等待 和 释放 ，使用方式和 semaphore 一样，可以通过信号量控制线程的阻塞和释放，除此之外，还多了一个broadcast，其可以解除所有因 wait 阻塞的线程
如下所示，使用 NSCondition 实现了一个生产者和消费者的案例（生产者和消费者都是同一拨人，因此需要加锁来实现，而为了保证有钱了立刻买自己想买的东西，使用信号量，保证没钱时阻塞等待，有钱时立即解放买买买）
其相当于同时使用了NSLock 和 Semaphore 功能
#pragma mark --情景锁NSCondition实现了NSLocking协议，支持默认的互斥锁lock、unlock
- (void)NSCondition {
_condition = [[NSCondition alloc] init];
}
//情景锁还加入了信号量机制,wait和signal，可以利用其完成生产消费者模式的功能
//生产者: 妈爸挣了一天的钱，储蓄值增加
- (void)conditionPlusMoney {
[_condition lock];
//信号量增加，有储蓄了，可以开放花钱功能了
if (_money++ < 0) {
[_condition signal]; //释放第一个阻塞的线程
//[_condition broadcast]; //释放所有阻塞的线程
}
[_condition unlock];
}
//消费者，服务有储蓄，拿到钱时立即解锁花钱技能(money--)
- (void)conditionSubMoney {
[_condition lock];
if (_money == 0) {
//信号量减少阻塞，打算买东西，却没钱了，停止花钱，等发工资再买东西
[_condition wait];
}
//由于之前的wait，当signal解锁后，会走到这里，开始购买想买的东西，储蓄值--
_money--;
[_condition unlock];
}
NSConditionLock
NSConditionLock 被称为条件锁，其遵循 NSLocking 协议，即具备正常的互斥锁功能
此外加入了 条件语句，为其核心功能，即满足指定条件才会解锁，因此算是一个重量级的锁了，其同时可以理解为 NSCondition 进化版 ，如果你理解了 NSCondition的生产者-消费者模式，这个也会马上就明白了其原理了
lockWhenCondition:(NSInteger)condition: 加锁，当条件condition为传入的condition时，方能解锁
unlockWithCondition:(NSInteger)condition: 更新condition的值，并解锁指定condition的锁
下面使用一个异步队列，来实现类似 NSOperation 设置的依赖关系，如下所示(打印结果1、4、3、2)：
#pragma mark --条件锁NSConditionLock,实现了NSLocking协议，支持默认的互斥锁lock、unlock
- (void)NSConditionLock {
_conditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:1]; //可以更改值测试为0测试结果
//加锁，当条件condition为传入的condition时，方能解锁
//lockWhenCondition:(NSInteger)condition
//更新condition的值，并解锁指定condition的锁
//unlockWithCondition:(NSInteger)condition
}
//多个队列执行条件锁
//通过案例可以看出，通过条件锁conditionLock可以设置线程依赖关系
//可以通过GCD设置一个具有依赖关系的任务队列么
- (void)NSConditionLockUpdate {
//创建并发队列
dispatch_queue_t queue =
dispatch_queue_create("测试NSConditionLock", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
if ([self->_conditionLock tryLockWhenCondition:1]) {
NSLog(@"第一个");
//默认初始conditon位1，所有能走到这里
//然后解锁后，并设置初始值为4，解锁condition设定为4的线程
[self->_conditionLock unlockWithCondition:4];
}else {
[self->_conditionLock lockWhenCondition:0];
NSLog(@"第一个other");
[self->_conditionLock unlockWithCondition:4];
}
});
//由于开始初始化的conditon值为1，所以后面三个线程都不满足条件
//锁定后直到condition调整为当前线程的condition时方解锁
dispatch_async(queue, ^{
//condition设置为3后解锁当前线程
[self->_conditionLock lockWhenCondition:2];
NSLog(@"第二个");
//执行完毕后解锁，并设置condition为1，设置初始化默认值，以便于下次使用
[self->_conditionLock unlockWithCondition:1];
});
dispatch_async(queue, ^{
//condition设置为3后解锁当前线程
[self->_conditionLock lockWhenCondition:3];
NSLog(@"第三个");
//执行完毕后解锁，并设置condition为3，解锁3
[self->_conditionLock unlockWithCondition:2];
});
dispatch_async(queue, ^{
//condition设置为4后解锁当前线程
[self->_conditionLock lockWhenCondition:4];
NSLog(@"第四个");
//执行完毕后解锁，并设置condition为3，解锁3
[self->_conditionLock unlockWithCondition:3];
});
}
上面的流程可以大致简化为下面几步：
1.创建一个异步队列，以便于添加后续的任务依赖
2.逐步添加子任务模块，分别在不同线程中，其有明确的依赖关系，即执行顺序为 1、4、3、2
3.使用 lockWhenCondition：开始设置依赖，将其任务解锁的条件condition 设置为其特有的condition 号，以便于解锁
4.执行任务时，如果 NSCondition 中的 condition 参数，与本线程设置的tCondition不一样时，阻塞线程，等待 NSCondition 中的 condition 更改为指定值(通过 unlockWithCondition:更改condition值)解锁
即：默认初始化 condition 为 1，只有 任务1 能够执行，当 任务1 执行 unlockWithCondition:4时，condition被设置为4, 阻塞的任务4解锁，同理，任务4执行完毕后，将 condition 设置为 3 ,任务三解锁，依次类推
5.最终根据设置的依赖关系，分别执行 任务1、任务4、任务3、任务2
pthread_mutex(recursive)
其为基于 pthread框架 的递归锁，也是以 pthread互斥锁为基础实现的 递归锁，即：同一个线程下，递归调用时加锁，不会阻塞当前线程，当另一个线程到来时，会因为第一个线程加的锁而阻塞
#pragma mark --pthread递归锁
- (void)pthreadMutexRecursive {
//初始化锁的递归功能
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
//互斥锁初始化时，绑定递归锁功能模块
pthread_mutex_init(&_pMutexLock, &attr);
//使用完毕后在合适的地方销毁，例如dealloc
// pthread_mutexattr_destroy(&attr);
// pthread_mutex_destroy(&_pMutexLock);
}
//使用递归锁，递归地时候回不停加锁，如果使用普通的锁早已经形成死锁，无法解脱
//递归锁的存在就是在同一个线程中的锁，不会互斥，只会互斥其他线程的锁，从而避免死锁
- (void)pthreadMutexRecursiveUpdate {
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
static void (^recursiveBlock)(double count);
recursiveBlock = ^(double count){
pthread_mutex_lock(&self->_pMutexLock);
if (count-- > 0) {
self->_money++;
recursiveBlock(count);
}
pthread_mutex_unlock(&self->_pMutexLock);
};
recursiveBlock(1000);
});
}
NSRecursiveLock递归锁
和 pthread_mutex(recursive)一样，NSRecursiveLock 也是递归锁，其遵循 NSLocking 协议，即除了递归锁功能，还具备正常的互斥锁功能
使用方式和 pthread_mutex(recursive)一样如下所示
//使用递归锁，递归地时候回不停加锁，如果使用普通的锁早已经形成死锁，无法解脱
//递归锁的存在就是在同一个线程中的锁，不会互斥，只会互斥其他线程的锁，从而避免死锁
- (void)NSRecursiveLockUpdate {
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
static void (^recursiveBlock)(double count);
recursiveBlock = ^(double count){
[self->_recursive lock];
//tryLock就不多介绍了，和Pthread的类似，注意返回值即可
//[self->_recursive tryLock];
if (count-- > 0) {
self->_money++;
recursiveBlock(count);
}
[self->_recursive unlock];
};
recursiveBlock(1000);
});
}
synchronized
synchronized 同步锁，即同步执行，以此避免多线程同时操作同一块代码，基本上在各个平台都会有其身影，虽然效率最低，但由于使用使用简单，深得大家喜爱
实现如下所示
#pragma mark --同步锁synchronized
- (void)synchronized {
//使用简单，直接对代码块加同步锁，此代码不会被多个线程直接执行
//可以间接理解为里面的任务被放到了一个同步队列依次执行（实际实现未知）
@synchronized (self) {
self->_money++;
}
}
读写锁
读写锁 又被称为 rw锁或者 readwrite锁，在 ios开发中虽能见到，但确不是最常用的(一般是数据库操作才会用到)。
具体操作为：多读单写，即，写入操作只能串行执行，且写入时，不能读取，而读取需支持多线程操作，且读取时，不能写入
相信大家也遇到过这样的事，系统的属性设置了 auto参数，字面意思为原子性操作，其实际未能保证属性字段的多线程安全(由于旧值的赋值未加锁，同时写入时，会造成对象旧地址多次被release)
因此无论是想了解其实现方式，还是开发备用，都是有比较学习的
实现方式这里就提供两种：pthread、GCD的barrier来实现
pthread读写锁
使用前，需要先导入 pthread框架, 即 #import <pthread/pthread.h>
实现简单，可以根据自己程序需要，选择锁初始化的合适位置
//初始化pthread读写锁
- (void)setupPhreadRW {
pthread_rwlock_init(&_lock, NULL);
//使用完毕销毁读写锁
//pthread_rwlock_destroy(&_lock);
}
#pragma mark --通过pthread读写锁来设置
- (void)setLock1:(NSString *)lock1 {
pthread_rwlock_wrlock(&_lock);
_lock1 = lock1;
pthread_rwlock_unlock(&_lock);
}
- (NSString *)lock1 {
NSString *lock1 = nil;
pthread_rwlock_rdlock(&_lock);
lock1 = [_lock1 copy]; //copy到新的地址,避免解锁后拿到旧值
pthread_rwlock_unlock(&_lock);
return lock1;
}
GCD的barrier读写锁
GCD的barrier栅栏功能相信大家都听说过，即在一个新创建的队列中，barrier功能可以保证，在他之前的异步队列执行完毕才指定barrier中间的内容，且还能保证barrier执行完毕后，才之后barrier之后的任务，且一个队列可以有多个barrier
因此此特性可以用于完成一个读写锁功能，即 barrier的代码块作为 写入操作模块
如下代码所示，由于需要引入 新创建队列，虽然使用起来不是不如pthread优秀，但这种思想却可以再恰当的时候发芽出新树苗
- (void)setupGCDRW {
_queue = dispatch_queue_create("RWLockQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
}
#pragma mark --通过GCD的barrier栅栏功能实现
//通过GCD的barrier栅栏功能实现，缺点是需要借助自定义队列实现，且get方法无法重写系统的，只能以回调的方式获取值
//barrier功能使用global队列会失效，全局队列是无法阻塞的，里面有系统的一些任务执行
- (void)setLock2:(NSString *)lock2 {
dispatch_barrier_async(_queue, ^{
self->_lock2 = lock2;
});
}
- (void)getLock2WithBlock:(void(^)(NSString *))block {
dispatch_async(_queue, ^{
block(self->_lock2);
});
}
最后
相信看了这篇文章能给大家带来更多收货
最后，你能根据读写锁的特性，利用现有的锁，再写出一个完整的读写锁功能出来么!
