談談iOS中的鎖_ZenDei技術網路在線

近日工作不是太忙，剛好有時間瞭解一些其他東西，本來打算今天上午去體檢，但是看看天氣還是明天再去吧，也有很大一個原因：就是周六沒有預約上！閑話少說，這裡簡單對鎖來個簡單介紹分享。 ...

1 前言

近日工作不是太忙，剛好有時間瞭解一些其他東西，本來打算今天上午去體檢，但是看看天氣還是明天再去吧，也有很大一個原因：就是周六沒有預約上！閑話少說，這裡簡單對鎖來個簡單介紹分享。

2 目錄

第一部分：什麼是鎖
第二部分：鎖的分類
第三部分：鎖的作用
第四部分：iOS中鎖的實現

第一部分：什麼是鎖

從小就知道鎖，就是家裡門上的那個鎖，用來防止盜竊的鎖。它還有鑰匙，用於開鎖。不過這裡的鎖，並不是小時候認知的鎖，而是站在程式員的角度的鎖。這裡我就按照我的理解來介紹一下鎖。
在電腦科學中，鎖是一種同步機制，用於在存在多線程的環境中實施對資源的訪問限制。你可以理解成它用於排除併發的一種策略。看例子
```
if (lock == 0) {
lock = myPID;
}
```
上面這段代碼並不能保證這個任務有個鎖，因此它可以在同一時間被多個任務執行。這個時候就有可能多個任務都檢測到lock是空閑的，因此兩個或者多個任務都將嘗試設置lock，而不知道其他的任務也在嘗試設置lock。這個時候就會出問題了。
再看看這段代碼：
```
class Acccount {
long val = 0;  //這裡不可在其他方法修改，只能通過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;
    }
}
}
```
這樣就能防止多個任務去修改val了，(這裡註意，如果val是public的，那個也會導致一些問題)。

第二部分：鎖的分類

鎖根據不同的性質可以分成不同的類。
在WiKiPedia介紹中，一般的鎖都是建議鎖，也就四每個任務去訪問公共資源的時候，都需要取得鎖的資訊，再根據鎖資訊來確定是否可以存取。若存取對應資訊，鎖的狀態會改變為鎖定，因此其他線程不會訪問該資源，當結束訪問時，鎖會釋放，允許其他任務訪問。有些系統有強制鎖，若未經授權的鎖訪問鎖定的資料，在訪問時就會產生異常。
在iOS中，鎖分為遞歸鎖、條件鎖、分散式鎖、一般鎖（這裡是看著NSLock類裡面的分類劃分的）。
對於資料庫的鎖分類：

分類方式	分類
按鎖的粒度劃分	表級鎖、行級鎖、頁級鎖
按鎖的級別劃分	共用鎖、排他鎖
按加鎖方式劃分	自動鎖、顯示鎖
按鎖的使用方式劃分	樂觀鎖、悲觀鎖
按操作劃分	DML鎖、DDL鎖

這裡就不在詳細介紹了，感興趣的大家可以自己查閱相關資料。

第三部分：鎖的作用

這個比較通俗來講：就是為了防止在多線程(多任務)的情況下對共用資源(臨界資源)的臟讀或者臟寫。也可以理解為：執行多線程時用於強行限制資源訪問的同步機制，即併發控制中保證互斥的要求。

第四部分：iOS中鎖的實現

先看看iOS中NSLock類的.h文件。這裡就不在寫上來了。從代碼中可以看出，該類分成了幾個子類：NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock以及NSCondition。然後有一個NSLocking的協議：

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

這幾個子類都遵循了NSLock的協議，這裡簡單介紹一下其中的幾個方法：
對於tryLock方法，嘗試獲取一個鎖，並且立刻返回Bool值，YES表示獲取了鎖，NO表示沒有獲取鎖失敗。 lockBeforeDate:方法，在某個時刻之前獲取鎖，如果獲取成功，則返回YES，NO表示獲取鎖失敗。接下來就讓我們看一下iOS中實現鎖的方式：

方式1 使用NSLock類

- (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(@"可以獲得鎖");
        }else {
            NSLog(@"不可以獲得所");
        }
    });
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        sleep(1);
        if ([myLock tryLock]) {
            NSLog(@"---可以獲得鎖");
        }else {
            NSLog(@"----不可以獲得所");
        }
        [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];
        }
    });
}

對於synchorize指令中使用的testLock為該鎖標示，只有標示相同的時候才滿足鎖的效果。它的優點是不用顯式地創建鎖，便可以實現鎖的機制。但是它會隱式地添加異常處理程式來保護代碼，該程式在拋出異常的時候自動釋放鎖。

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);
    
    //線程1
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        [_testLock method1];
        sleep(5);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    });
    
    //線程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定義在pthread.h，所以記得#include。

3 性能對比

這裡簡單寫一個小程式來進行四種方式的性能對比，這裡再固定次數內進行了加鎖解鎖，然後輸出用時，結果如下（測試1、2執行次數不一樣：測試1 < 測試2）：

測試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
測試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

這裡還測試了OSSPinLock(此類已經被os_unfair_lock所替代)。結果如下：
synthorize > NSLock > pthread > gcd > os_unfair_lock >OSSPinLock
這裡：
synthorize內部會添加異常處理，所以耗時。
pthread_mutex底層API，處理能力不錯。
gcd系統封裝的C代碼效果比pthread好。

4 總結

簡單就介紹這麼多。

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