iOS - 多线程的安全隐患

文章目录

[iOS - 多线程的安全隐患](#iOS - 多线程的安全隐患)
- [1. 卖票案例](#1. 卖票案例)
- [2. 多线程安全隐患的解决方案](#2. 多线程安全隐患的解决方案)
- - [2.1 iOS中的线程同步方案](#2.1 iOS中的线程同步方案)
  - [2.2 同步方案的使用](#2.2 同步方案的使用)
  - - [2.2.1 OSSpinLock](#2.2.1 OSSpinLock)
    - - [2.2.1.1 使用方法：](#2.2.1.1 使用方法：)
      - [2.2.1.2 案例](#2.2.1.2 案例)
    - [2.2.2 os_unfair_lock](#2.2.2 os_unfair_lock)
    - - [2.2.2.1 使用方法：](#2.2.2.1 使用方法：)
      - [2.2.2.2 案例](#2.2.2.2 案例)
    - [2.2.3 pthread_mutex](#2.2.3 pthread_mutex)
    - - [2.2.3.1 使用方法](#2.2.3.1 使用方法)
      - [2.2.3.2 案例](#2.2.3.2 案例)
      - [2.2.3.3 pthread_mutex-递归锁](#2.2.3.3 pthread_mutex-递归锁)
      - [2.2.3.4 pthread_mutex-条件锁](#2.2.3.4 pthread_mutex-条件锁)
      - [2.2.3.4.1 使用方法](#2.2.3.4.1 使用方法)
        
        [2.2.3.4.2 案例](#2.2.3.4.2 案例)
    - [2.2.4 dispatch_semaphore](#2.2.4 dispatch_semaphore)
    - [2.2.5 dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)](#2.2.5 dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL))
    - [2.2.6 NSLock、NSRecursiveLock](#2.2.6 NSLock、NSRecursiveLock)
    - - [2.2.6.1 NSLock是对mutex普通锁的封装](#2.2.6.1 NSLock是对mutex普通锁的封装)
      - [2.2.6.1.1 使用方式](#2.2.6.1.1 使用方式)
      - [2.2.6.2 NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致](#2.2.6.2 NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致)
      - [2.2.6.3 案例](#2.2.6.3 案例)
      - [2.2.6.3.1 NSLock](#2.2.6.3.1 NSLock)
        
        [2.2.6.3.2 NSRecursiveLock](#2.2.6.3.2 NSRecursiveLock)
    - [2.2.7 NSCondition](#2.2.7 NSCondition)
    - - [2.2.7.1 案例](#2.2.7.1 案例)
    - [2.2.8 NSConditionLock](#2.2.8 NSConditionLock)
    - - [2.2.8.1 案例](#2.2.8.1 案例)
    - [2.2.9 dispatch_queue - 串行队列](#2.2.9 dispatch_queue - 串行队列)
    - - [2.2.9.1 案例](#2.2.9.1 案例)
    - [2.2.10 dispatch_semaphore - 信号量](#2.2.10 dispatch_semaphore - 信号量)
    - - [2.2.10.1 控制最大并发数](#2.2.10.1 控制最大并发数)
      - [2.2.10.2 保证线程同步](#2.2.10.2 保证线程同步)
      - [2.2.10.2.1 使用信号量可能会造成线程优先级反转，且无法避免](#2.2.10.2.1 使用信号量可能会造成线程优先级反转，且无法避免)
    - [2.2.11 @synchronized](#2.2.11 @synchronized)
    - [2.2.11.1 底层原理](#2.2.11.1 底层原理)
    - [2.2.11.1 案例](#2.2.11.1 案例)
- [3. 拓展](#3. 拓展)
- - [3.1 iOS线程同步方案性能比较](#3.1 iOS线程同步方案性能比较)
  - [3.2 自旋锁、互斥锁比较](#3.2 自旋锁、互斥锁比较)
  - - [3.2.1 什么情况使用自旋锁比较划算？](#3.2.1 什么情况使用自旋锁比较划算？)
    - [3.2.2 什么情况使用互斥锁比较划算？](#3.2.2 什么情况使用互斥锁比较划算？)

iOS - 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

1. 卖票案例

假设总共15张票，使用3个异步线程并发执行，每个线程卖5张票，观察最后的打印结果

复制代码

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, assign) int ticketsCount;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
}

- (void)saleTicket {
    int oldTicketsCount = self.ticketsCount;
    sleep(0.2);
    oldTicketsCount--;
    self.ticketsCount = oldTicketsCount;
    
    NSLog(@"还剩 %d 张票", oldTicketsCount);
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.ticketsCount = 15;
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self saleTicket];
        }
    });
}

@end

出现票重复卖票，最后没卖完的情况

时序图示意：

分析图：

2. 多线程安全隐患的解决方案

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

2.1 iOS中的线程同步方案

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

2.2 同步方案的使用

为了方便调试，我们做个简单封装，将需要加锁的代码放在ZSXBaseDemo中，同时暴漏方法给子类重写：

- (void)__saveMoney;
- (void)__drawMoney;
- (void)__saleTicket;

每一把锁将创建一个ZSXBaseDemo子类，然后重写上述方法，实现各自的加锁方式

ZSXBaseDemo.h

复制代码

@interface ZSXBaseDemo : NSObject

- (void)moneyTest;
- (void)ticketTest;
- (void)otherTest;

#pragma mark - 暴露给子类去使用
- (void)__saveMoney;
- (void)__drawMoney;
- (void)__saleTicket;

@end

ZSXBaseDemo.m

复制代码

@interface ZSXBaseDemo()

@property (assign, nonatomic) int money;
@property (assign, nonatomic) int ticketsCount;

@end

@implementation ZSXBaseDemo

- (void)otherTest {}

/**
 存钱、取钱演示
 */
- (void)moneyTest
{
    self.money = 100;
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self __saveMoney];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            [self __drawMoney];
        }
    });
}

/**
 存钱
 */
- (void)__saveMoney
{
    int oldMoney = self.money;
    sleep(.2);
    oldMoney += 50;
    self.money = oldMoney;
    
    NSLog(@"存50，还剩%d元 - %@", oldMoney, [NSThread currentThread]);
}

/**
 取钱
 */
- (void)__drawMoney
{
    int oldMoney = self.money;
    sleep(.2);
    oldMoney -= 20;
    self.money = oldMoney;
    
    NSLog(@"取20，还剩%d元 - %@", oldMoney, [NSThread currentThread]);
}

/**
 卖1张票
 */
- (void)__saleTicket
{
    int oldTicketsCount = self.ticketsCount;
    sleep(.2);
    oldTicketsCount--;
    self.ticketsCount = oldTicketsCount;
    NSLog(@"还剩%d张票 - %@", oldTicketsCount, [NSThread currentThread]);
}

/**
 卖票演示
 */
- (void)ticketTest
{
    self.ticketsCount = 15;
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
//    for (int i = 0; i < 10; i++) {
//        [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__saleTicket) object:nil] start];
//    }
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self __saleTicket];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self __saleTicket];
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [self __saleTicket];
        }
    });
}

@end

2.2.1 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
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>

2.2.1.1 使用方法：

复制代码

// 初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
    
// 尝试加锁
bool result =  OSSpinLockTry(&lock);
    
// 加锁
OSSpinLockLock(&lock);
    
// 解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);

2.2.1.2 案例

复制代码

#import "OSSpinLockDemo.h"
#import <libkern/OSAtomic.h>

@interface OSSpinLockDemo ()

// High-level lock
// 自旋锁，有优先级反转问题
@property (nonatomic, assign) OSSpinLock moneyLock;
@property (nonatomic, assign) OSSpinLock ticketLock;

@end

@implementation OSSpinLockDemo

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        _moneyLock = OS_SPINLOCK_INIT;
        _ticketLock = OS_SPINLOCK_INIT;
        
        //使用方法
        // 初始化
        OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
        
        // 尝试加锁
        bool result =  OSSpinLockTry(&lock);
        
        // 加锁
        OSSpinLockLock(&lock);
        
        // 解锁
        OSSpinLockUnlock(&lock);
    }
    return self;
}

#pragma mark reload
- (void)__drawMoney {
    OSSpinLockLock(&_moneyLock);
    
    [super __drawMoney];
    
    OSSpinLockUnlock(&_moneyLock);
}

- (void)__saveMoney {
    OSSpinLockLock(&_moneyLock);
    
    [super __saveMoney];
    
    OSSpinLockUnlock(&_moneyLock);
}

- (void)__saleTicket {
    OSSpinLockLock(&_ticketLock);
    
    [super __saleTicket];
    
    OSSpinLockUnlock(&_ticketLock);
}
#pragma mark end

@end

对于卖票，只有__saleTicket方法中需要使用锁，因此也可以使用static关键字创建静态变量，无需声明为属性

复制代码

- (void)__saleTicket {
    static OSSpinLock ticketLock = OS_SPINLOCK_INIT;
    OSSpinLockLock(&ticketLock);
    
    [super __saleTicket];
    
    OSSpinLockUnlock(&ticketLock);
}

2.2.2 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>

2.2.2.1 使用方法：

复制代码

// 初始化
os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
    
// 尝试加锁
bool result =  os_unfair_lock_trylock(&lock);
    
// 加锁
os_unfair_lock_lock(&lock);
    
// 解锁
os_unfair_lock_unlock(&lock);

2.2.2.2 案例

复制代码

#import "OSUnfairLockDemo.h"
#import <os/lock.h>

@interface OSUnfairLockDemo()
// Low-level lock
// ll lock
// lll
// Low-level lock的特点等不到锁就休眠
@property (assign, nonatomic) os_unfair_lock moneyLock;
@property (assign, nonatomic) os_unfair_lock ticketLock;
@end

@implementation OSUnfairLockDemo

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        _moneyLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
        _ticketLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
        
        //使用方法
        // 初始化
        os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
        
        // 尝试加锁
        bool result =  os_unfair_lock_trylock(&lock);
        
        // 加锁
        os_unfair_lock_lock(&lock);
        
        // 解锁
        os_unfair_lock_unlock(&lock);
    }
    return self;
}

#pragma mark reload
- (void)__drawMoney {
    os_unfair_lock_lock(&_moneyLock);
    
    [super __drawMoney];
    
    os_unfair_lock_unlock(&_moneyLock);
}

- (void)__saveMoney {
    os_unfair_lock_lock(&_moneyLock);
    
    [super __saveMoney];
    
    os_unfair_lock_unlock(&_moneyLock);
}

- (void)__saleTicket {
    os_unfair_lock_lock(&_ticketLock);
    
    [super __saleTicket];
    
    os_unfair_lock_unlock(&_ticketLock);
}
#pragma mark end

@end

2.2.3 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>

2.2.3.1 使用方法

复制代码

// 初始化锁
pthread_mutex_init(mutex, NULL); //相当于设置属性"PTHREAD_MUTEX_DEFAULT"

//初始化属性并设置属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);

//初始化锁
pthread_mutex_init(mutex, &attr);

//加锁
pthread_mutex_lock(&_mutex);

//尝试加锁
bool result = pthread_mutex_trylock(&_mutex);

//解锁
pthread_mutex_unlock(&_mutex);

//销毁相关资源
pthread_mutexattr_destroy(&attr); //销毁属性
pthread_mutex_destroy(&_mutex); //销毁锁

2.2.3.2 案例

复制代码

@interface MutexDemo ()

@property (assign, nonatomic) pthread_mutex_t ticketMutex;
@property (assign, nonatomic) pthread_mutex_t moneyMutex;

@end

@implementation MutexDemo

- (void)__initMutex:(pthread_mutex_t *)mutex {
    // 初始化锁
    pthread_mutex_init(mutex, NULL);
}

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        [self __initMutex:&_ticketMutex];
        [self __initMutex:&_moneyMutex];
    }
    return self;
}

#pragma mark reload
- (void)__drawMoney {
    pthread_mutex_lock(&_moneyMutex);
    
    [super __drawMoney];
    
    pthread_mutex_unlock(&_moneyMutex);
}

- (void)__saveMoney {
    pthread_mutex_lock(&_moneyMutex);
    
    [super __saveMoney];
    
    pthread_mutex_unlock(&_moneyMutex);
}

- (void)__saleTicket {
    pthread_mutex_lock(&_ticketMutex);
    
    [super __saleTicket];
    
    pthread_mutex_unlock(&_ticketMutex);
}
#pragma mark end

- (void)dealloc {
    pthread_mutex_destroy(&_moneyMutex);
    pthread_mutex_destroy(&_ticketMutex);
}

@end

2.2.3.3 pthread_mutex-递归锁

递归：允许同一个线程对一把锁重复加锁

在otherTest方法中，假设该方法中已经加锁，同时会调用另一个也需要加锁的方法

复制代码

- (void)otherTest {
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self otherTest2];
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

- (void)otherTest2 {
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

此时执行代码

代码只会执行到[self otherTest2];。此时出现死锁，是因为otherTest方法加锁后，调用otherTest2，otherTest2方法开始执行时也会加锁，此时因为otherTest方法还未解锁，otherTest2则进入等待解锁状态，而otherTest需要等待otherTest2方法执行完才继续，所以产生死锁

使用pthread_mutexattr_t配置该锁为递归锁：
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE

复制代码

// 初始化锁
//    pthread_mutex_init(mutex, NULL);
    
//初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
//初始化锁
pthread_mutex_init(mutex, &attr);
//销毁属性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);

此时可以正常执行完otherTest、otherTest2方法

如果otherTest方法里面是递归调用otherTest自身

复制代码

- (void)otherTest {
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self otherTest];
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

这时候会死循环调用otherTest

若增加一个计数，即可控制递归调用的次数

复制代码

- (void)otherTest {
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    static int count = 0;
    if (count < 5) {
        count++;
        [self otherTest];
    }
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

执行结果：

2.2.3.4 pthread_mutex-条件锁

业务场景中，可能需要不同线程间的依赖关系，比如线程1需要等待线程2执行完才能继续执行

假设有如下代码：

复制代码

- (void)otherTest {
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__remove) object:nil] start];
    
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__add) object:nil] start];
}

- (void)__remove {
    NSLog(@"%s", __func__);
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    [self.data removeLastObject];
    NSLog(@"删除一个元素");
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

- (void)__add {
    NSLog(@"%s", __func__);
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    [self.data addObject:@"test"];
    NSLog(@"添加一个元素");
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

使用多线程调用__remove和__add，两者执行顺序不确定。但是希望__remove是在__add之后执行，保证先加、再减。

这时候可以使用条件锁来实现

2.2.3.4.1 使用方法

复制代码

// 初始化锁
pthread_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 初始化条件
pthread_cond_t condition;
pthread_cond_init(&condition, NULL);
// 等待条件（进入休眠，放开mutex 锁；被唤醒后，会再次对mutex加锁）
pthread_cond_wait(&condition, &mutex);
// 激活一个等待条件的线程
pthread_cond_signal(&condition);
// 激活所有等待条件的线程
pthread_cond_broadcast(&condition);
// 销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&condition);

2.2.3.4.2 案例

复制代码

#import "MutexDemo3.h"
#import <pthread.h>

@interface MutexDemo3 ()

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *data;
@property (assign, nonatomic) pthread_mutex_t mutex;
@property (nonatomic, assign) pthread_cond_t cond;

@end

@implementation MutexDemo3

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        _data = [[NSMutableArray alloc] init];
        
        //初始化属性
        pthread_mutexattr_t attr;
        pthread_mutexattr_init(&attr);
        pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
        //初始化锁
        pthread_mutex_init(&_mutex, &attr);
        //初始化条件
        pthread_cond_init(&_cond, NULL);
        //销毁属性
        pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    }
    return self;
}

- (void)otherTest {
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__remove) object:nil] start];
    
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__add) object:nil] start];
}

- (void)__remove {
    NSLog(@"%s", __func__);
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    if (self.data.count == 0) {
        //等待条件（进入休眠，放开mutex 锁；被唤醒后，会再次对mutex加锁）
        pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
    }
    [self.data removeLastObject];
    NSLog(@"删除一个元素");
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

- (void)__add {
    NSLog(@"%s", __func__);
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    
    [self.data addObject:@"test"];
    NSLog(@"添加一个元素");
    
    //激活等待条件
    pthread_cond_signal(&_cond);
    
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}

- (void)dealloc {
    pthread_mutex_destroy(&_mutex);
    pthread_cond_destroy(&_cond);
}

@end

执行结果：

可以保证先添加，再删除

2.2.4 dispatch_semaphore

2.2.5 dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

2.2.6 NSLock、NSRecursiveLock

2.2.6.1 NSLock是对mutex普通锁的封装

2.2.6.1.1 使用方式

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

2.2.6.3 案例

2.2.6.3.1 NSLock

复制代码

#import "NSLockDemo.h"

@interface NSLockDemo()
@property (strong, nonatomic) NSLock *ticketLock;
@property (strong, nonatomic) NSLock *moneyLock;
@end

@implementation NSLockDemo


- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.ticketLock = [[NSLock alloc] init];
        self.moneyLock = [[NSLock alloc] init];
    }
    return self;
}

- (void)__saleTicket
{
    [self.ticketLock lock];
    
    [super __saleTicket];
    
    [self.ticketLock unlock];
}

- (void)__saveMoney
{
    [self.moneyLock lock];
    
    [super __saveMoney];
    
    [self.moneyLock unlock];
}

- (void)__drawMoney
{
    [self.moneyLock lock];
    
    [super __drawMoney];
    
    [self.moneyLock unlock];
}

@end

2.2.6.3.2 NSRecursiveLock

复制代码

#import "NSLockDemo2.h"

@interface NSLockDemo2()

@property (strong, nonatomic) NSRecursiveLock *recursiveLock;

@end

@implementation NSLockDemo2


- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.recursiveLock = [[NSRecursiveLock alloc] init];
    }
    return self;
}

- (void)otherTest {
    [self.recursiveLock lock];
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    static int count = 0;
    if (count < 5) {
        count++;
        [self otherTest];
    }
    
    [self.recursiveLock unlock];
}

- (void)otherTest2 {
    [self.recursiveLock lock];
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self.recursiveLock unlock];
}

@end

执行结果：

2.2.7 NSCondition

NSCondition是对mutex和cond的封装

2.2.7.1 案例

复制代码

#import "NSConditionDemo.h"

@interface NSConditionDemo()

@property (strong, nonatomic) NSCondition *condition;
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *data;

@end

@implementation NSConditionDemo

- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.condition = [[NSCondition alloc] init];
        self.data = [NSMutableArray array];
    }
    return self;
}

- (void)otherTest
{
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__remove) object:nil] start];
    
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__add) object:nil] start];
}

// 生产者-消费者模式

// 线程1
// 删除数组中的元素
- (void)__remove
{
    [self.condition lock];
    NSLog(@"__remove - begin");
    
    if (self.data.count == 0) {
        // 等待
        [self.condition wait];
    }
    
    [self.data removeLastObject];
    NSLog(@"删除了元素");
    
    [self.condition unlock];
}

// 线程2
// 往数组中添加元素
- (void)__add
{
    [self.condition lock];
    
    sleep(1);
    
    [self.data addObject:@"Test"];
    NSLog(@"添加了元素");
    // 信号
    [self.condition signal];
    
    // 广播
//    [self.condition broadcast];
    [self.condition unlock];
    
}
@end

执行结果：

2.2.8 NSConditionLock

NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值

2.2.8.1 案例

复制代码

#import "NSConditionLockDemo.h"

@interface NSConditionLockDemo()

@property (strong, nonatomic) NSConditionLock *conditionLock;

@end

@implementation NSConditionLockDemo

- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.conditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:1];
    }
    return self;
}

- (void)otherTest
{
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__one) object:nil] start];
    
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__two) object:nil] start];
    
    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__three) object:nil] start];
}

- (void)__one {
    [self.conditionLock lockWhenCondition:1];
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    sleep(1);
    
    [self.conditionLock unlockWithCondition:2];
}

- (void)__two {
    [self.conditionLock lockWhenCondition:2];
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    sleep(1);
    
    [self.conditionLock unlockWithCondition:3];
}

- (void)__three {
    [self.conditionLock lockWhenCondition:3];
    
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self.conditionLock unlock];
}

@end

执行结果：

通过设置Condition，可以实现按想要的顺序执行任务，或者说任务之间的依赖关系

condition默认值是0

即：

使用[[NSConditionLock alloc] init]初始化，condition为 0
使用- (void)lock代表直接加锁

即：
[self.conditionLock lock]

2.2.9 dispatch_queue - 串行队列

直接使用GCD的串行队列，也是可以实现线程同步的

2.2.9.1 案例

复制代码

#import "SerialQueueDemo.h"

@interface SerialQueueDemo()

@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t ticketQueue;
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t moneyQueue;

@end

@implementation SerialQueueDemo

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        self.ticketQueue = dispatch_queue_create("ticketQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
        self.moneyQueue = dispatch_queue_create("moneyQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    }
    return self;
}

- (void)__saveMoney {
    dispatch_sync(self.moneyQueue, ^{
        [super __saveMoney];
    });
}

- (void)__drawMoney {
    dispatch_sync(self.moneyQueue, ^{
        [super __drawMoney];
    });
}

- (void)__saleTicket {
    dispatch_sync(self.ticketQueue, ^{
        [super __saleTicket];
    });
}

@end

执行结果：

2.2.10 dispatch_semaphore - 信号量

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

2.2.10.1 控制最大并发数

- (void)otherTest方法循环创建20个线程执行- (void)test方法，semaphore初始值设置为5

复制代码

#import "SemaphoreDemo.h"

@interface SemaphoreDemo()

@property (nonatomic, strong) dispatch_semaphore_t semaphore;

@end

@implementation SemaphoreDemo

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        self.semaphore = dispatch_semaphore_create(5);
    }
    return self;
}

- (void)otherTest {
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil] start];
    }
}

- (void)test {
    dispatch_semaphore_wait(self.semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    sleep(2);
    NSLog(@"test - %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_semaphore_signal(self.semaphore);
}

@end

运行结果：

实现了控制最大并发数5

2.2.10.2 保证线程同步

复制代码

@interface SemaphoreDemo()

@property (nonatomic, strong) dispatch_semaphore_t semaphore;
@property (nonatomic, strong) dispatch_semaphore_t tacketSemaphore;
@property (nonatomic, strong) dispatch_semaphore_t moneySemaphore;

@end

@implementation SemaphoreDemo

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        self.semaphore = dispatch_semaphore_create(5);
        self.tacketSemaphore = dispatch_semaphore_create(1);
        self.moneySemaphore = dispatch_semaphore_create(1);
    }
    return self;
}

- (void)otherTest {
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil] start];
    }
}

- (void)test {
    dispatch_semaphore_wait(self.semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    sleep(2);
    NSLog(@"test - %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_semaphore_signal(self.semaphore);
}


- (void)__saveMoney {
    dispatch_semaphore_wait(self.moneySemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    [super __saveMoney];
    
    dispatch_semaphore_signal(self.moneySemaphore);
}

- (void)__drawMoney {
    dispatch_semaphore_wait(self.moneySemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    [super __drawMoney];
    
    dispatch_semaphore_signal(self.moneySemaphore);
}

- (void)__saleTicket {
    dispatch_semaphore_wait(self.tacketSemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    [super __saleTicket];
    
    dispatch_semaphore_signal(self.tacketSemaphore);
}

@end

执行结果：

虽然打印结果已经保证线程同步，但是窗口收到了警告

2.2.10.2.1 使用信号量可能会造成线程优先级反转，且无法避免

QoS （Quality of Service），用来指示某任务或者队列的运行优先级；

记录了持有者的api都可以自动避免优先级反转，系统会通过提高相关线程的优先级来解决优先级反转的问题，如 dispatch_sync, 如果系统不知道持有者所在的线程，则无法知道应该提高谁的优先级，也就无法解决反转问题。
慎用dispatch_semaphore做线程同步

dispatch_semaphore容易造成优先级反转，因为api没有记录是哪个线程持有了信号量，所以有高优先级的线程在等待锁的时候，内核无法知道该提高那个线程的优先级（QoS）；

dispatch_semaphore不能避免优先级反转的原因

在调用dispatch_semaphore_wait()的时候，系统不知道哪个线程会调用 dispatch_semaphore_signal()方法，系统无法知道owner信息，无法调整优先级。dispatch_group和semaphore类似，在调用enter()方法的时候，无法预知谁会leave()，所以系统也不知道owner信息

2.2.11 @synchronized

@synchronized是对mutex递归锁的封装
源码查看：objc4中的objc-sync.mm文件
@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作

2.2.11.1 底层原理

使用哈希表结构，将穿进去的obj作为key，找到低层封装mutex的锁，再进行加锁、解锁操作

@synchronized (obj)：obj如果相同，则代表使用同一把锁

2.2.11.1 案例

复制代码

#import "SynchronizedDemo.h"

@implementation SynchronizedDemo

- (void)__saveMoney {
    // 取钱、存钱 共用一把锁
    @synchronized (self) {
        [super __saveMoney];
    }
}

- (void)__drawMoney {
    @synchronized (self) {
        [super __drawMoney];
    }
}

- (void)__saleTicket {
    // 买票 - 单独创建一把锁
    static NSObject *lock;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        lock = [[NSObject alloc] init];
    });
    @synchronized (lock) {
        [super __saleTicket];
    }
}

@end

3. 拓展

3.1 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

性能排行仅供参考，不同环境实际效果可能不一样

3.2 自旋锁、互斥锁比较

3.2.1 什么情况使用自旋锁比较划算？

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

3.2.2 什么情况使用互斥锁比较划算？

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

@oubijiexi