iOS多線程全面解讀（四）：鎖
寫在前面
多線程帶來的問題之一就是安全問題，「鎖」是為了使多個線程間可以相互排斥地使用全局變數等共享資源，簡單來說就是保證同一時刻只有一個線程訪問一塊代碼。
下面是一個有安全問題的代碼例子：
- (void)test {
//期望操作
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[self addNum];
});
//未預料的操作
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[self addNum];
});
}
static int i = 0;
- (void)addNum {
NSLog(@"執行開始 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
i++;
[NSThread sleepForTimeInterval:1]; //讓線程阻塞一秒
NSLog(@"執行結束 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
}
你只需要在你的主線程runloop中調用test就能測試了（如果目前看不明白關於線程的操作沒關係，這裡只是實現兩個任務並行，並且模擬延長了addNum這個方法的執行時間），我們看到列印結果：
看到了么，我們無法預料異常的調用何時開始，我們期望得到的i = 1（我們的期望線程是number=4），然而卻不一定能正常得到。所以，我們需要通過技術來實現共享變數的安全讀寫。
在介紹iOS的幾種鎖之前，先科普「死鎖」的概念。
死鎖：多線程等待一個永遠無法實現的條件而無法繼續執行。
1、NSLock
NSLock的使用非常簡單，只需要將需要加鎖的代碼全部放進lock和unlock方法中。
我們修改上面的addNum代碼如下：
//注意lock是一個NSLock類的全局變數lock=[NSLock new]
- (void)addNum {
[lock lock];
NSLog(@"執行開始 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
i++;
[NSThread sleepForTimeInterval:1]; //讓線程阻塞一秒
NSLog(@"執行結束 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
[lock unlock];
}
同樣運行程序調用test方法，列印如下：
作用一目了然吧，這裡我們的期望線程為number=5它完整的走了執行開始和執行結束，而沒有受到number=6線程的干擾（因為如果獲取不到鎖，number=6線程就休眠了）。
注意一：NSLock是基於POSIX線程實現的，lock和unlock都必須在同一個線程執行。
注意二：我們盡量將lock和unlock寫在一起，如果業務需要導致獲得鎖和解鎖的邏輯很分散（或者無法判斷是否在同一線程），可以調用-(BOOL)tryLock方法嘗試能否獲取該鎖，方便我們做不同的邏輯，代碼如下：
- (void)addNum {
if ([lock tryLock]) {
NSLog(@"得到鎖");
NSLog(@"執行開始 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
i++;
[NSThread sleepForTimeInterval:1]; //讓線程阻塞一秒
NSLog(@"執行結束 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
[lock unlock];
} else {
NSLog(@"沒有得到鎖");
}
}
2、NSConditionLock
顧名思義，帶條件的鎖。同樣實現了NSLocking協議，所以它的玩兒法和NSLock很像，而且它有一個方法很有意思。
lockWhenCondition:當線程A進入這裡的時候，調用該方法，若不滿足條件，線程就會進入休眠；若滿足條件，就會得到鎖並且執行下面的code。並且，若當前NSConditionLock的condition變為了滿足的時候，線程A又會蘇醒繼續執行。當然，需要和unlockWithCondition結合使用。
下面就是一個實現多個並發任務同步執行的例子：
NSConditionLock *clock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:0];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[clock lockWhenCondition:0];
NSLog(@"任務1");
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
[clock unlockWithCondition:2];
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[clock lockWhenCondition:1];
NSLog(@"任務2");
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
[clock unlockWithCondition:3];
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[clock lockWhenCondition:2];
NSLog(@"任務3");
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
[clock unlockWithCondition:1];
});
列印如下：
任務1
任務3
任務2
解析：我們三個任務中都使用了lockWhenCondition方法（注意這裡我用的是「任務」而非「線程」，「使用GCD線程的分配不是我們要關心的」），我們初始化鎖的時候用condition=0，所以先走任務1，任務1執行完畢調用[clock unlockWithCondition:2];所以接著走任務3，同理最後走任務2。
注意：如果大量使用條件鎖導致線程休眠，而開闢了過多的線程，將會對性能造成消耗，所以使用需謹慎??。
3、NSRecursiveLock
我們修改一下之前的例子，當線程1獲取到「鎖」過後，再次調用lock。
- (void)addNum {
[lock lock];
[lock lock];
NSLog(@"得到鎖");
NSLog(@"執行開始 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
i++;
[NSThread sleepForTimeInterval:1]; //讓線程阻塞一秒
NSLog(@"執行結束 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
[lock unlock];
}
運行結果就是造成了「死鎖」。還有一種常見的「死鎖」的情況是：A線程獲取到a鎖，B線程獲取到了b鎖，同一時刻，A線程想要獲取b鎖，B線程想要獲取a鎖，A、B線程就會同時進入休眠（這就尷尬了）。
為了解決以上代碼重複獲取鎖造成死鎖的情況，我們引入了遞歸鎖NSRecursiveLock。修改代碼如下：
//注意：recursiveLock是一個NSRecursiveLock類型的全局變數，recursiveLock = [NSRecursiveLock new]
- (void)addNum {
[recursiveLock lock];
[recursiveLock lock];
NSLog(@"得到鎖");
NSLog(@"執行開始 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
i++;
[NSThread sleepForTimeInterval:1]; //讓線程阻塞一秒
NSLog(@"執行結束 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
[recursiveLock unlock];
[recursiveLock unlock];
}
完美運行
注意一：使用NSRecursiveLock的時候，同樣得注意獲取鎖和解鎖需要一一對應，即一個lock對應一個unlock，不然鎖不會處於可獲取狀態（哈哈，嚴謹吧??，這裡是不可獲取狀態而不是釋放狀態）。
注意二：若你能確定排除被重複加鎖的情況，使用NSLock性能會更好。
4、@synchronized
@synchronized使用方法很簡單，修改代碼如下：
- (void)addNum {
@synchronized(self){
NSLog(@"得到鎖");
NSLog(@"執行開始 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
i++;
[NSThread sleepForTimeInterval:1]; //讓線程阻塞一秒
NSLog(@"執行結束 i=%d, 線程：%@", i, [NSThread currentThread]);
}
}
@synchronized(obj)，obj參數一般指定為互斥鎖要保護的對象。值得提出的是，如果同一個obj對象做為了不同@synchronized(){}的參數，則這些代碼塊不能同時執行。
使用@synchronized我們不用管何時獲取鎖、何時釋放鎖，更容易的實現互斥，代碼更加直觀清晰；但是在性能上略顯不足，而且實現並行演算法有些複雜，不過這些都不能影響它極高的使用率。
ibireme大神的圖
寫在後面
「鎖」從來都不是為了炫技而生，大量使用鎖不僅會帶來性能問題，還會讓代碼更加的晦澀難懂，請大家合理的使用鎖。
iOS多線程全面解讀系列到這裡就結束了，希望給各位帶來了些正面的作用，當然文章我會持續跟進，減少文章中的遺漏和錯誤。
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