多线程 OC

多线程简介

Posted on 2021-10-18，6 min read

简单介绍下 多线程的基本概念、GCD、iOS中的线程同步方案、iOS中的读写安全方案

1. 基本概念

iOS中常见多线程方案

常见多线程方案

2. GCD

GCD的常用函数

GCD中有2个用来执行任务的函数：

  1. 用同步的方式执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
  1. 用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

GCD的队列

GCD的队列可以分为2大类型

  1. 并发队列（Concurrent Dispatch Queue）
    可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
    并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

  2. 串行队列（Serial Dispatch Queue）
    让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

容易混淆的术语

有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行

  • 同步和异步主要影响：能不能开启新的线程
    同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
    异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力

  • 并发和串行主要影响：任务的执行方式
    并发：多个任务并发（同时）执行
    串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务

各种队列的执行效果

各种队列的执行效果

使用sync函数往当前串行队列中添加任务，会卡住当前的串行队列（产生死锁）,

  • 如：sync 在等待 test 执行结束，test 在等待 sync 任务执行，产生死锁
    - (void)test{
    NSLog(@"任务1")；
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"任务2")；
    });
    NSLog(@"任务3")；
}

队列组

  • 队列组可以实现异步并发执行任务1、任务2，等任务1、任务2都执行完毕后，再回到主线程执行任务3
    队列组

多线程的安全隐患 & 解决方案

多线程的安全隐患

  • 资源共享
    1块资源可能会被多个线程共享，也就是“多个线程可能会访问同一块资源”
    比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件
  • 当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题

解决方案

  • 使用线程同步技术（同步，就是协同步调，按预定的先后次序进行）
  • 常见的线程同步技术是：加锁

3 iOS中的线程同步方案

1. OSSpinLock   (自旋锁)
2. os_unfair_lock (互斥锁；根据底层代码逻辑，加锁时是休眠线程，跟自旋锁不同，所以认为是互斥锁)
3. pthread_mutex (互斥锁)
4. dispatch_semaphore
5. dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
6. NSLock、NSRecursiveLock
7. NSCondition、NSConditionLock
8. @synchronized

1. OSSpinLock

  • OSSpinLock叫做”自旋锁”，等待锁的线程会处于忙等（busy-wait）状态，一直占用着CPU资源
    • iOS 已不再推荐使用，已被 os_unfair_lock 替代
    • 目前已经不再安全，可能会出现优先级反转问题
    • 如果等待锁的线程优先级较高，它会一直占用着CPU资源，优先级低的线程就无法释放锁
    • 需要导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>
OSSpinLock

2. os_unfair_lock

  • os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ，从iOS10开始才支持
    • 从底层调用看，等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态，并非忙等
    • 需要导入头文件#import <os/lock.h>
os_unfair_lock

3. pthread_mutex

  • mutex叫做”互斥锁”，等待锁的线程会处于休眠状态
    • 需要导入头文件#import <pthread.h>
pthread_mutex
pthread_mutex参数
  • pthread_mutex – 递归锁
pthread_mutex
  • pthread_mutex – 条件
pthread_mutex

4. dispatch_semaphore

  • semaphore叫做”信号量”
  • 信号量的初始值，可以用来控制线程并发访问的最大数量
  • 信号量的初始值为1，代表同时只允许1条线程访问资源，保证线程同步
dispatch_semaphore

5. dispatch_queue

直接使用GCD的串行队列，也是可以实现线程同步的
dispatch_queue

6. NSLock、NSRecursiveLock

  • NSLock是对mutex普通锁的封装
NSLock
  • NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致

7. NSCondition、 NSConditionLock

  • NSCondition是对mutex和cond的封装
NSCondition
  • NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值
NSConditionLock

8. @synchronized

  • @synchronized是对mutex递归锁的封装

  • @synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作

  • 简洁 但是 比较 耗内存

    @synchronized(obj){
    // 任务
}

iOS线程同步方案性能比较

性能从高到低排序

os_unfair_lock
OSSpinLock
dispatch_semaphore
pthread_mutex
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSCondition
pthread_mutex(recursive)
NSRecursiveLock
NSConditionLock
@synchronized

自旋锁、互斥锁比较

什么情况使用自旋锁比较划算？

  1. 预计线程等待锁的时间很短
  2. 加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生
  3. CPU资源不紧张
  4. 多核处理器

什么情况使用互斥锁比较划算？

  1. 预计线程等待锁的时间较长
  2. 单核处理器
  3. 临界区有IO操作
  4. 临界区代码复杂或者循环量大
  5. 临界区竞争非常激烈

4 iOS中的读写安全方案

  • 思考如何实现以下场景
    1. 同一时间，只能有1个线程进行写的操作
    2. 同一时间，允许有多个线程进行读的操作
    3. 同一时间，不允许既有写的操作，又有读的操作
  • 上面的场景就是典型的“多读单写”，经常用于文件等数据的读写操作，iOS中的实现方案有
    1. pthread_rwlock：读写锁
    2. dispatch_barrier_async：异步栅栏调用

pthread_rwlock

  • 等待锁的线程会进入休眠
    pthread_rwlock

dispatch_barrier_async

  • 这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的
  • 如果传入的是一个串行或是一个全局的并发队列，那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果
    dispatch_barrier_async

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