谈谈iOS中的锁

你的名字 2022-07-15 06:55 104阅读 0赞

1 前言

近日工作不是太忙，刚好有时间了解一些其他东西，本来打算今天上午去体检，但是看看天气还是明天再去吧，也有很大一个原因：就是周六没有预约上！闲话少说，这里简单对锁来个简单介绍分享。

2 目录

第一部分：什么是锁

第二部分：锁的分类

第三部分：锁的作用

第四部分：iOS中锁的实现

第一部分：什么是锁

从小就知道锁，就是家里门上的那个锁，用来防止盗窃的锁。它还有钥匙，用于开锁。不过这里的锁，并不是小时候认知的锁，而是站在程序员的角度的锁。这里我就按照我的理解来介绍一下锁。

在计算机科学中，锁是一种同步机制，用于在存在多线程的环境中实施对资源的访问限制。你可以理解成它用于排除并发的一种策略。看例子

if (lock == 0) { 
      
          lock = myPID; 
      
      }

上面这段代码并不能保证这个任务有个锁，因此它可以在同一时间被多个任务执行。这个时候就有可能多个任务都检测到lock是空闲的，因此两个或者多个任务都将尝试设置lock，而不知道其他的任务也在尝试设置lock。这个时候就会出问题了。 再看看这段代码：

class Acccount {
           long val = 0;  //这里不可在其他方法修改，只能通过add/minus修改
           object thisLock = new object();
           public void add(const long x) {
                  lock(thisLock) {
                  val +=x;
             }
           }
          public void minus(const long x) {
                 lock(thisLock) {
                 val -=x;
            }
          }
        }

这样就能防止多个任务去修改val了，(这里注意，如果val是public的，那个也会导致一些问题)。

第二部分：锁的分类

锁根据不同的性质可以分成不同的类。

在WiKiPedia介绍中，一般的锁都是建议锁，也就四每个任务去访问公共资源的时候，都需要取得锁的资讯，再根据锁资讯来确定是否可以存取。若存取对应资讯，锁的状态会改变为锁定，因此其他线程不会访问该资源，当结束访问时，锁会释放，允许其他任务访问。有些系统有强制锁，若未经授权的锁访问锁定的资料，在访问时就会产生异常。

在iOS中，锁分为递归锁、条件锁、分布式锁、一般锁（这里是看着NSLock类里面的分类划分的）。

对于数据库的锁分类：

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; width:719px; border:1px solid rgb(204,204,204)"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="margin:0px; padding:8px; font-weight:normal; border-top-color:rgb(221,221,221); line-height:20px; vertical-align:bottom"> <span style="font-size:14px">分类方式</span></th> 
   <th style="margin:0px; padding:8px; font-weight:normal; border-top-color:rgb(221,221,221); line-height:20px; vertical-align:bottom"> <span style="font-size:14px">分类</span></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">按锁的粒度划分</span></td> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">表级锁、行级锁、页级锁</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">按锁的级别划分</span></td> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">共享锁、排他锁</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">按加锁方式划分</span></td> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">自动锁、显示锁</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">按锁的使用方式划分</span></td> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">乐观锁、悲观锁</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">按操作划分</span></td> 
   <td style="margin:0px; padding:8px; border:1px solid rgb(204,204,204); line-height:20px; vertical-align:top"> <span style="font-size:14px">DML锁、DDL锁</span></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这里就不在详细介绍了，感兴趣的大家可以自己查阅相关资料。

第三部分：锁的作用

这个比较通俗来讲：就是为了防止在多线程(多任务)的情况下对共享资源(临界资源)的脏读或者脏写。也可以理解为：执行多线程时用于强行限制资源访问的同步机制，即并发控制中保证互斥的要求。

第四部分：iOS中锁的实现

先看看iOS中NSLock类的.h文件。这里就不在写上来了。从代码中可以看出，该类分成了几个子类：NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock以及NSCondition。然后有一个NSLocking的协议：

@protocol NSLocking
    
    - (void)lock;
    
    - (void)unlock;
    
    @end

这几个子类都遵循了NSLock的协议，这里简单介绍一下其中的几个方法： 对于tryLock方法，尝试获取一个锁，并且立刻返回Bool值，YES表示获取了锁，NO表示没有获取锁失败。 lockBeforeDate:方法，在某个时刻之前获取锁，如果获取成功，则返回YES，NO表示获取锁失败。接下来就让我们看一下iOS中实现锁的方式：

方式1 使用NSLock类

- (void)nslockDemo {
        NSLock *myLock = [[NSLock alloc] init];
        _testLock = [[TestLock alloc] init];
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            [myLock lock];
            [_testLock method1];
            sleep(5);
            [myLock unlock];
            if ([myLock tryLock]) {
                NSLog(@"可以获得锁");
            }else {
                NSLog(@"不可以获得所");
            }
        });
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            sleep(1);
            if ([myLock tryLock]) {
                NSLog(@"---可以获得锁");
            }else {
                NSLog(@"----不可以获得所");
            }
            [myLock lock];
            [_testLock method2];
            [myLock unlock];
        });
    }

方式2 使用@synchorize

- (void)synchronizeDemo {
        _testLock = [[TestLock alloc] init];
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            @synchronized (_testLock) {
                [_testLock method1];
                sleep(5);
            }
        });
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            sleep(1);
            @synchronized (_testLock) {
                
                [_testLock method2];
            }
        });
    }

对于@synchorize指令中使用的testLock为该锁标示，只有标示相同的时候才满足锁的效果。它的优点是不用显式地创建锁，便可以实现锁的机制。但是它会隐式地添加异常处理程序来保护代码，该程序在抛出异常的时候自动释放锁。

方式3 使用gcd

- (void)gcdDemo {
        _testLock = [[TestLock alloc] init];
        dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
            [_testLock method1];
            sleep(5);
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            sleep(1);
            dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
            [_testLock method2];
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    }

方式4 使用phtread

- (void)pthreadDemo {
        _testLock = [[TestLock alloc] init];
        
        __block pthread_mutex_t mutex;
        pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
        
        //线程1
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            [_testLock method1];
            sleep(5);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        });
        
        //线程2
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            sleep(1);
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            [_testLock method2];
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        });
    }

pthread\_mutex\_t定义在pthread.h，所以记得\#include。

3 性能对比

这里简单写一个小程序来进行四种方式的性能对比，这里再固定次数内进行了加锁解锁，然后输出用时，结果如下（测试1、2执行次数不一样：测试1 < 测试2）：

测试1
    2016-11-05 15:27:52.595 LockDemo[4394:202297] NSLock times:0.871843
    2016-11-05 15:27:56.335 LockDemo[4394:202297] synthorize times:3.738939
    2016-11-05 15:27:56.691 LockDemo[4394:202297] gcd times:0.355344
    2016-11-05 15:27:57.328 LockDemo[4394:202297] pthread times:0.636815
    2016-11-05 15:27:57.559 LockDemo[4394:202297] OSSPinLock times:0.231013
    2016-11-05 15:27:57.910 LockDemo[4394:202297] os_unfair_lock times:0.350615
    测试2
    2016-11-05 15:30:54.123 LockDemo[4454:205180] NSLock times:1.908103
    2016-11-05 15:31:02.112 LockDemo[4454:205180] synthorize times:7.988547
    2016-11-05 15:31:02.905 LockDemo[4454:205180] gcd times:0.792113
    2016-11-05 15:31:04.372 LockDemo[4454:205180] pthread times:1.466987
    2016-11-05 15:31:04.870 LockDemo[4454:205180] OSSPinLock times:0.497487
    2016-11-05 15:31:05.637 LockDemo[4454:205180] os_unfair_lock times:0.767569

这里还测试了OSSPinLock(此类已经被os\_unfair\_lock所替代)。结果如下： synthorize > NSLock > pthread > gcd > os\_unfair\_lock >OSSPinLock 这里：

synthorize内部会添加异常处理，所以耗时。

pthread\_mutex底层API，处理能力不错。

gcd系统封装的C代码效果比pthread好。

4 总结

简单就介绍这么多。

5 参考文档：

*  [http://www.liuhaihua.cn/archives/220300.html][http_www.liuhaihua.cn_archives_220300.html]
 *  [https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%94%81\_(%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%A7%91%E5%AD%A6)][https_zh.wikipedia.org_zh-hans_E9_94_81_E8_AE_A1_E7_AE_97_E6_9C_BA_E7_A7_91_E5_AD_A6]
 *  [https://en.wikipedia.org/wiki/Lock\_(computer\_science)][https_zh.wikipedia.org_zh-hans_E9_94_81_E8_AE_A1_E7_AE_97_E6_9C_BA_E7_A7_91_E5_AD_A6]

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[http_www.liuhaihua.cn_archives_220300.html]: http://www.liuhaihua.cn/archives/220300.html
[https_zh.wikipedia.org_zh-hans_E9_94_81_E8_AE_A1_E7_AE_97_E6_9C_BA_E7_A7_91_E5_AD_A6]: https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%94%81_%28%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%A7%91%E5%AD%A6%29