OC里的锁

OC里的锁"/>

OC里的锁

互斥锁、自旋锁

互斥锁：保证在任何时候，都只有一个线程访问对象。当获取锁操作失败时，线程会进入睡眠，等待锁释放时被唤醒；
自旋锁：与互斥锁有点类似，只是自旋锁 不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环尝试，直到该自旋锁的保持者已经释放了锁;因为不会引起调用者睡眠，所以效率高于互斥锁；
自旋锁缺点：
调用者在未获得锁的情况下，一直运行－－自旋，所以占用着CPU，如果不能在很短的时间内获得锁，会使CPU效率降低。所以自旋锁就主要用在临界区持锁时间非常短且CPU资源不紧张的情况下
在用自旋锁时有可能造成死锁，当递归调用时有可能造成死锁
两种锁的加锁原理

互斥锁：线程会从sleep（加锁）——>running（解锁），过程中有上下文的切换，cpu的抢占，信号的发送等开销。
自旋锁：线程一直是running(加锁——>解锁)，死循环检测锁的标志位，机制不复杂。

递归锁

特殊的互斥锁,加了递归功能

ios中常见的几种锁

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，测试锁性能的案例图(实际可能会略有偏差)：

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。
1.OSSpinLock/os_unfair_lock
由于OSSpinLock目前已经不再安全，存在bug，官方已放弃，iOS10之后os_unfair_lock取代OSSpinLock。

基本用法

#import <os/lock.h>@property(nonatomic,assign) os_unfair_lock unfairLock;//创建锁，    
self.unfairLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;#pragma mark -- os_unfair_lock
-(void)unfairLock_test {os_unfair_lock_lock(&_unfairLock);self.count --;NSLog(@"%d",self.count);os_unfair_lock_unlock(&_unfairLock);
}

/*! @abstract Data type for a spinlock.@discussionYou should always initialize a spinlock to {@link OS_SPINLOCK_INIT} beforeusing it.*/
typedef int32_t OSSpinLock OSSPINLOCK_DEPRECATED_REPLACE_WITH(os_unfair_lock);

2.dispatch_semaphore
dispatch_semaphore 是 GCD 用来同步的一种方式，与他相关的只有三个函数，一个是创建信号量，一个是等待信号，一个是发送信号。
```
dispatch_semaphore_create(long value);
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout);
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema);
```

//如果信号量值<0，那么该函数就会一直等待（相当于阻塞当前线程）dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{NSLog(@"任务1");dispatch_semaphore_signal(sem);//+1不在阻塞线程继续执行});dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);//阻塞不在向下执行代码，阻塞到当前dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{NSLog(@"任务2");dispatch_semaphore_signal(sem);});dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);// 阻塞当前一下代码，等待上面dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{NSLog(@"任务3");});NSLog(@"任务4");

执行结果：

2022-07-25 15:51:07.697865+0800 instance[15452:17533217] 任务1
2022-07-25 15:51:07.698131+0800 instance[15452:17533358] 任务2
2022-07-25 15:51:07.698318+0800 instance[15452:17533217] 任务4
2022-07-25 15:51:07.698327+0800 instance[15452:17533358] 任务3

3.pthread_mutex
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

 //非递归pthread_mutex_t lock0;pthread_mutex_init(&lock0, NULL);pthread_mutex_lock(&lock0);pthread_mutex_unlock(&lock0);pthread_mutex_destroy(&lock0);//递归pthread_mutex_t lock;pthread_mutexattr_t attr;pthread_mutexattr_init(&attr);pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);pthread_mutex_init(&lock, &attr);pthread_mutexattr_destroy(&attr);pthread_mutex_lock(&lock);pthread_mutex_unlock(&lock);pthread_mutex_destroy(&lock);

4.NSLock
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
 

[self.iLock lock];
self.count --;
NSLog(@"%d",self.count);
[self.iLock unlock];

5.NSCondition
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

#pragma mark -- NSCondition
- (void)nscondition_test {for (int i = 0; i < 50; i ++) {dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{[self lg_production];});}for (int i = 0; i < 100; i ++) {dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{[self lg_consumption];});}
}- (void)lg_production {[self.iCondition lock];self.count ++;NSLog(@"生产了一个产品,现有产品 : %d个",self.count);[self.iCondition signal];[self.iCondition unlock];
}
- (void)lg_consumption {[self.iCondition lock];while (self.count == 0) {[self.iCondition wait];}self.count --;NSLog(@"消费了一个产品,现有产品: %d个",self.count);[self.iCondition unlock];
}

6.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

- (void)lock 加锁。
- (void)unlock 解锁。
- (instancetype)initWithCondition:(NSinteger)初始化一个。NSConditionLock对象。
@property(readonly) NSInteger condition 锁的条件。
- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition满足条件时加锁。
- (BOOL)tryLock尝试加锁。
- (BOOL)tryLockWhenCondition如果接受对象的condition与给定的condition相等，则尝试获取锁，不阻塞线程。
- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition解锁，重置锁的条件。
- (BOOL)lockBeforDate:(NSDate *)limit在指定时间点之前获取锁。
- (BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit在指定的时间前获取锁。
@property (nullable ,copy) NSString *name 锁名称。

 @property(nonatomic,strong) NSConditionLock *iConditionLock;self.iConditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:3];    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{[self.iConditionLock lockWhenCondition:3];NSLog(@"线程 1");[self.iConditionLock unlockWithCondition:2];
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{[self.iConditionLock lockWhenCondition:2];NSLog(@"线程 2");[self.iConditionLock unlockWithCondition:1];
});dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{[self.iConditionLock lockWhenCondition:1];NSLog(@"线程 3");[self.iConditionLock unlockWithCondition:0];
});

执行结果：

2022-07-25 16:23:34.215216+0800 instance[16302:17564433] 线程 1
2022-07-25 16:23:34.215412+0800 instance[16302:17564435] 线程 2
2022-07-25 16:23:34.215565+0800 instance[16302:17564437] 线程 3

#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2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2，解锁2[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

7.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);});
}

8.NSRecursiveLock
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

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{static void (^recursiveBlock)(double count);recursiveBlock = ^(double count){[self.irecursiveLock 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.count++;NSLog(@"%d",self.count);recursiveBlock(count);}[self.irecursiveLock unlock];};recursiveBlock(1000);});

9.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

objc_sync_enter
要锁的代码
objc_sync_exit

例子：

#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++;}
}

objc源码：

######### objc_sync_enter
// Begin synchronizing on 'obj'. 
// Allocates recursive mutex associated with 'obj' if needed.
// Returns OBJC_SYNC_SUCCESS once lock is acquired. 
int objc_sync_enter(id obj)
{int result = OBJC_SYNC_SUCCESS;if (obj) {//判断对象是否存在SyncData* data = id2data(obj, ACQUIRE);//从表中取出需要锁的数据assert(data);data->mutex.lock();//对数据加锁} else {// @synchronized(nil) does nothingif (DebugNilSync) {_objc_inform("NIL SYNC DEBUG: @synchronized(nil); set a breakpoint on objc_sync_nil to debug");}objc_sync_nil(); //如果对象不存在，什么事情都不做！}return result;
}######### SyncData
typedef struct alignas(CacheLineSize) SyncData {struct SyncData* nextData;DisguisedPtr<objc_object> object;int32_t threadCount;  // number of THREADS using this blockrecursive_mutex_t mutex; //递归锁
} SyncData;

@synchronized结论：
* 是对互斥锁的一种封装
* 具体点是种特殊的互斥锁->递归锁，内部搭配 nil防止死锁
* 通过表的结构存要锁的对象
* 表内部的对象又是通过哈希存储的