iOS底层探索之多线程(十三)—锁的种类你知多少?

Posted 2021-09-08 卡卡西Sensei

你用过哪些锁？对于锁的种类你了解多少？锁的原理知道否？从本篇博客开始将对锁的相关内容进行分析！

iOS底层探索之多线程(一)—进程和线程

iOS底层探索之多线程(二)—线程和锁

iOS底层探索之多线程(三)—初识GCD

iOS底层探索之多线程(四)—GCD的队列

iOS底层探索之多线程(五)—GCD不同队列源码分析

iOS底层探索之多线程(六)—GCD源码分析(sync 同步函数、async 异步函数)

iOS底层探索之多线程(七)—GCD源码分析(死锁的原因)

iOS底层探索之多线程(八)—GCD源码分析(函数的同步性、异步性、单例)

iOS底层探索之多线程(九)—GCD源码分析(栅栏函数)

ios底层探索之多线程(十)—GCD源码分析( 信号量)

iOS底层探索之多线程(十一)—GCD源码分析(调度组)

iOS底层探索之多线程(十二)—GCD源码分析(事件源)

1.锁的介绍

在 iOS 中有以下九种锁

1. OSSpinLock：(自旋锁)
2. dispatch_semaphore_t：(信号量/自旋锁)
3. os_unfair_lock_lock：(自旋锁)
4. pthread_mutex_t：(互斥递归锁)
5. NSLock：(互斥锁)
6. NSCondition：(条件锁)
7. NSRecursiveLock：(递归锁)
8. NSConditionLock：(条件锁)
9. @synchronized：(内部是互斥锁)

通过对以上的锁进行 加锁/解锁 10万次的测试表现，结果如下

11. iPhone12 模拟器
    

• 性能测试统计图表如下
  

3. iPhoneXR 模拟器
   

4. iPhoneXR 真机
   
   通过以上测试，锁的性能最好的前三位是：OSSpinLock(自旋锁) -> dispatch_semaphone(信号量) -> pthread_mutex(互斥锁) ，最差的是synchronized(互斥锁)，但也是我们最常用的锁之一。

2. 锁的分类

锁分为两大类，自旋锁和互斥锁。

自旋锁

是一种用于保护多线程共享资源的锁，与一般互斥锁（mutex）不同之处在于当自旋锁尝试获取锁时以忙等待（busy waiting）的形式不断地循环检查锁是否可用。当上一个线程的任务没有执行完毕的时候（被锁住），那么下一个线程会一直等待（不会睡眠），当上一个线程的任务执行完毕，下一个线程会立即执行。
在多CPU的环境中，对持有锁较短的程序来说，使用自旋锁代替一般的互斥锁往往能够提高程序的性能。

自旋锁：OSSpinLock(自旋锁)、读写锁

1. 自旋锁

• OSSpinLock
• dispatch_semaphore_t
• os_unfair_lock_lock

2. 互斥锁

• pthread_mutex_t
• NSLock
• NSCondition
• NSRecursiveLock
• NSConditionLock
• @synchronized (内部是)

互斥锁

当上一个线程的任务没有执行完毕的时候（被锁住），那么下一个线程会进入睡眠状态等待任务执行完毕，当上一个线程的任务执行完毕，下一个线程会自动唤醒然后执行任务，该任务也不会立刻执行，而是成为可执行状态（就绪）。

互斥锁（mutex），⽤于保证在任何时刻，都只能有⼀个线程访问该对象。
mutex函数
在Posix Thread中定义有⼀套专⻔⽤于线程同步的mutex函数。mutex⽤于保证在任何时刻，都只能有⼀个线程访问该对象。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。NSLock、NSCondtion、NSRecursiveLock底层都是对pthread的封装。

互斥和同步的理解

互斥：两条线程处理，同一时间只有一个线程可以运行；
同步：除了有互斥的意思外，同时还有一定的顺序要求，即按照一定的顺序执行。

递归锁

就是同⼀个线程可以加锁N次⽽不会引发死锁NSRecursiveLock、@synchronized、pthread_mutex(recursive)

互斥锁：pthread_mutex(互斥锁)、@synchronized(互斥锁)、NSLock(互斥锁)、NSConditionLock(条件锁)、NSCondition(条件锁)、NSRecursiveLock(递归锁)、dispatch_semaphore_t(信号量)

自旋锁和互斥锁的特点

自旋锁会忙等，所谓忙等，即在访问被锁资源时，调用者线程不会休眠，而是一直地不停循环在那里，直到被锁资源释放锁，就和上 WC一样，里面有人了，门锁住了，你一直在门外等着，一直敲门询问，好了吗？好了没有啊？。

互斥锁会休眠，所谓休眠，即在访问被锁资源时，调用者线程会休眠，此时cpu可以调度其他线程工作，直到被锁资源释放锁，此时会唤醒休眠线程。就是你知道厕所有人了，你先憋着，不会一直敲门询问，等里面的人好了，你在就去。

自旋锁优缺点

优点 在于，因为自旋锁不会引起调用者睡眠，所以不会进行线程调度，CPU时间片轮转等耗时操作，所有如果能在很短的时间内获得锁，自旋锁的效率远高于互斥锁。
缺点 在于，自旋锁一直占用CPU，他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，这无疑会使CPU效率降低。自旋锁不能实现递归调用。

3. 锁的作用

在编程中，特别是多线程开发者中，来保证共享数据操作的完整性。假如有 ABC三条甚至更多的线程，同时去访问资源，那么读的话是没有问题，要是写的话，就可能出问题，同时修改了某一个数据，这样就破坏的数据的完整性了。

而加锁的话，就是同一个时间，只能有一个个线程访问，其他的靠边等待，可以给每个对象都对应于一个可称为"互斥锁" 的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。

下篇博客将对锁进行举例并对底层进行分析，敬请期待！

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