iOS中的锁和线程同步

线程同步和iOS中的锁
一、自旋锁(OSSpinLock)

1. 一直占用cpu，相当于while循环
2. 已经不被推荐，因为可能会产生优先级反转；

优先级反转

1. 多任务的调度有许多算法，常见的有FIFO、优先级、时间片轮询、短任务优先；
2. 系统一般采取混合算法，因为不同进程特点不一样，单一的调度算法不能满足所有的场景；比如短任务算法需要在线程之间的切换消耗 和 任务真正执行的消耗，两者之间平衡，所以，每种调度算法都有自己的缺点和有点，混合算法是最高效的；
3. 自旋锁在低等级的任务加锁之后占用了高等级任务所需要的资源。根据算法，如果中等级的任务不需要使用到这个被占用的资源，结果就是中等级任务分配的时间可能会多于高等级；
4. 以上是高等级任务在等待时可以休眠的情况，也就是等待不是很占用cpu，这种情况下只是出现优先级反转，但是如果高优先级任务的等待是忙循环，也就会出现cpu把事件都分配给高级别任务，但是高级别任务又是忙循环，低级别任务无法获取cpu时间，最终就是死循环，系统可能会崩溃；

二、os_unfair_lock

1. 休眠，不是忙等待，是互斥锁；
2. iOS10之后才能使用，用于替换自旋锁；

三、pthread_mutex

1. 跨平台；
2. 互斥锁，等待属于休眠；
3. 可以设置类型，有：默认(PTHREAD_MUTEX_NORMAL)、递归所(PTHREAD_MUTEX_RECUSIVE)、错误检查锁(PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK)；
4. normal类型的锁在创建时(pthread_mutex_init(&mutex,0))传空即可，另外两种锁需要使用pthread_mutex_attr_settype来设置；
5. 需要使用destory进行销毁，attr、condition、mutex都需要销毁；
6. 递归锁在递归时使用不会造成死锁问题；
7. 递归锁：允许同一个线程对通一把锁重复加锁，加锁次数和解锁次数对应时才能解锁；
8. 条件锁：pthread_cond_wait 和 pthread_cond_signal 配合使用；pthread_cond_wait(cond,mutex)会标记cond并解锁mutex，线程进入休眠，并且阻塞代码。当调用pthread_cond_signal(cond)之后，接收到信号后再对mutex进行加锁，然后继续执行代码；
9. 条件所中的cond并不是类似于if else，而只是一个标记；
10. 条件所一般用于解决线程以来问题，当一个线程任务的执行需要以来另一个线程任务的执行时使用，条件起到的是标记和传递的作用；
11. 唤醒一个线程的等待使用pthread_cond_signal，唤醒所有等待的线程则使用广播方法：pthread_cond_broadcast
12. 条件等待时，调用signal方法发送信号之后，wait方法其实不是只判断一次的，而是循环判断检测，如果这个锁没加锁成功，就继续等待，如果加锁成功就返回，继续执行后面的代码；所以，signal和unlock方法的调用顺序差别不大，只有在两者调用期间出现很大的延时操作时，wait方法会等待很久才加锁成功，继续执行后面代码。总之，逻辑不会受影响，只是时间问题，pthread_mutex内部已经考虑到这种问题，完成了解决方案的实现；

四、自旋锁和互斥锁

1. step：按行执行代码；si：按行执行汇编代码；
2. 自旋锁：忙等，相当于while循环，在汇编中的体现是：jne -> 0xxxxxx ，条件成立则跳转到指定地址循环执行；
3. 互斥锁：等待时休眠，不占用cpu，类似于RunLoop；本质是：syscall，调用系统级别的函数去休眠并等待被唤醒的消息；
4. OSSpinLoc是自旋锁，os_unfair_lock和pthread_mutex是互斥锁；

五、NSLock、NSRecusiveLock、NSCondition、NSConditionLock

1. 是对pthread_mutex的封装，封装成了OC对象；

六、串行队列

1. async和sync决定是否可以开启线程，队列表示任务的执行方式。
2. 任务是一代码块为最小颗粒，而不是以一行代码为最小颗粒。代码块中的每一行代码默认都是同步执行；
3. sync表示从队列中取出任务到当前线程执行，async表示从队列中取出任务异步执行。所以，如果sync+serial queue 结果就是：可以将需要同步的任务(抢占资源的任务)添加到同一个queue中然后同步执行，结果就是线程同步成功；

七、dispatch_semaphore

1. dispatch_semaphore在初始化时需要使用create传入一个最大信号量；
2. 最大信号量意味着最多又多少条线程可以同时执行，如果是1，那么就类似于串行队列，所以也可以实现线程同步

dispatch_semaphore_wait(semaphore,time)的作用：

1. 当semaphore>0时，让当前线程直接继续执行，且dispatch_semaphore的值-1；
2. 当semaphore<=0时，让当前线程阻塞在这句代码中，且让线程休眠等待；
3. time表示如果需要等待，那么最长等多久需要返回，传now立马进行判断，传forever就一直等；

dispatch_semaphore_signal(semaphore)的作用：

1. 让semaphore+1；

使用流程：

1. 比如创建semaphore设置的最大信号量是5，有100个线程会执行到这句代码；
2. 当第一次进入时，semaphore=5>0，所以就会让当前进入，继续执行并且dispatch_semaphore-1=4；
3. 假设dispatch_semaphore_wait和dispatch_semaphore_signal之间的代码时耗时操作；
4. 以此类推，当第五条线程进入之后，semaphore=0，而因为是耗时操作，所以100条线程都会执行到dispatch_semaphore_wait代码；
5. 从第六条线程开始，因为dispatch_semaphore=0，线程被阻塞，剩余的95条线程如果在耗时操作没有完成之前，也就是没有调用dispatch_semaphore_signal之前，如果执行到dispatch_semaphore_wait，那么都会处于休眠等待的状态；
6. 当最先进入的线程执行完耗时操作，调用dispatch_semaphore_signal，dispatch_semaphore+1>0，那么第六条线程就会从休眠中唤醒，继续执行后面的代码；
7. 以此类推…所以当semaphore初始化时设置为1，那么只有一条线程能够访问共享资源，如此便实现了线程同步；

八、@synchronized

1. 底层仍然是pthread_mutex，是使用的recusive创建的递归锁；
2. 根据@synchronized(obj){}传入的对象，生成一个和对象对应的一把锁，存入到map表中；
3. 关键字不能自动提示，因为存在性能问题，不被推荐使用；

九、性能对比