本文深入探讨了多种线程同步方式，包括@synchronized、dispatch_semaphore、NSLock、NSRecursiveLock、NSConditionLock、NSCondition、pthread_mutex、OSSpinLock等，通过实例展示了各自的使用方法及性能对比。
本文授权转载，作者：@景铭巴巴
一、前言
前段时间看了几个开源项目，发现他们保持线程同步的方式各不相同，有@synchronized、NSLock、dispatch_semaphore、NSCondition、pthread_mutex、OSSpinLock。后来网上查了一下，发现他们的实现机制各不相同，性能也各不一样。不好意思，我们平常使用最多的@synchronized是性能最差的。下面我们先分别介绍每个加锁方式的使用，在使用一个案例来对他们进行性能对比。
二、介绍与使用
2.1、@synchronized
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
|
@synchronized(obj)指令使用的obj为该锁的唯一标识，只有当标识相同时，才为满足互斥，如果线程2中的@synchronized(obj)改为@synchronized(self),刚线程2就不会被阻塞，@synchronized指令实现锁的优点就是我们不需要在代码中显式的创建锁对象，便可以实现锁的机制，但作为一种预防措施，@synchronized块会隐式的添加一个异常处理例程来保护代码，该处理例程会在异常抛出的时候自动的释放互斥锁。所以如果不想让隐式的异常处理例程带来额外的开销，你可以考虑使用锁对象。
上面结果的执行结果为：
| 1 2 3 |
|
2.2、dispatch_semaphore
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | - (NSInteger)methodSync { NSLog(@"methodSync 开始"); __block NSInteger result = 0; dispatch_semaphore_t sema = dispatch_semaphore_create(0); [self methodAsync:^(NSInteger value) { result = value; dispatch_semaphore_signal(sema); }]; // 这里本来同步方法会立即返回，但信号量=0使得线程阻塞 // 当异步方法回调之后，发送信号，信号量变为1，这里的阻塞将被解除，从而返回正确的结果 dispatch_semaphore_wait(sema, DISPATCH_TIME_FOREVER); NSLog(@"methodSync 结束 result:%ld", (long)result); return result; }
- (void)methodAsync:(void(^)(NSInteger result))callBack { dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ NSLog(@"methodAsync 异步开始"); sleep(2); NSLog(@"methodAsync 异步结束"); if (callBack) { callBack(5); } }); } |
dispatch_semaphore是GCD用来同步的一种方式，与他相关的共有三个函数，分别是dispatch_semaphore_create，dispatch_semaphore_signal，dispatch_semaphore_wait。
（1）dispatch_semaphore_create的声明为：
| 1 |
|
传入的参数为long，输出一个dispatch_semaphore_t类型且值为value的信号量。
值得注意的是，这里的传入的参数value必须大于或等于0，否则dispatch_semaphore_create会返回NULL。
（2）dispatch_semaphore_signal的声明为：
| 1 |
|
这个函数会使传入的信号量dsema的值加1；
(3) dispatch_semaphore_wait的声明为：
| 1 |
|
这个函数会使传入的信号量dsema的值减1；这个函数的作用是这样的，如果dsema信号量的值大于0，该函数所处线程就继续执行下面的语句，并且将信号量的值减1；如果desema的值为0，那么这个函数就阻塞当前线程等待timeout（注意timeout的类型为dispatch_time_t，不能直接传入整形或float型数），如果等待的期间desema的值被dispatch_semaphore_signal函数加1了，且该函数（即dispatch_semaphore_wait）所处线程获得了信号量，那么就继续向下执行并将信号量减1。如果等待期间没有获取到信号量或者信号量的值一直为0，那么等到timeout时，其所处线程自动执行其后语句。
dispatch_semaphore 是信号量，但当信号总量设为 1 时也可以当作锁来。在没有等待情况出现时，它的性能比 pthread_mutex 还要高，但一旦有等待情况出现时，性能就会下降许多。相对于 OSSpinLock 来说，它的优势在于等待时不会消耗 CPU 资源。
如上的代码，如果超时时间overTime设置成>2，可完成同步操作。如果overTime<2的话，在线程1还没有执行完成的情况下，此时超时了，将自动执行下面的代码。
上面代码的执行结果为：
| 1 2 3 | 2018-10-29 11:04:29.397434+0800 TestGCD[66511:1970732] methodSync 开始 2018-10-29 11:04:29.397699+0800 TestGCD[66511:1970791] methodAsync 异步开始 2018-10-29 11:04:31.402091+0800 TestGCD[66511:1970791] methodAsync 异步结束 2018-10-29 11:04:31.402344+0800 TestGCD[66511:1970732] methodSync 结束 result:5 |
2.3、NSLock
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
|
NSLock是Cocoa提供给我们最基本的锁对象，这也是我们经常所使用的，除lock和unlock方法外，NSLock还提供了tryLock和lockBeforeDate:两个方法，前一个方法会尝试加锁，如果锁不可用(已经被锁住)，刚并不会阻塞线程，并返回NO。lockBeforeDate:方法会在所指定Date之前尝试加锁，如果在指定时间之前都不能加锁，则返回NO。
上面代码的执行结果为：
| 1 2 3 4 |
|
源码定义如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
|
2.4、NSRecursiveLock递归锁
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | -(void)testnormalLock{ //普通线程锁 NSLock *lock = [[NSLock alloc] init]; dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ static void (^block)(int); block = ^(int value) { //加锁 [lock lock]; if (value > 0) { NSLog(@"%d",value); sleep(1); //递归调用 block(--value); } //解锁 [lock unlock]; }; //调用代码块 block(10); }); }
-(void)testNSRecursiveLock{ //递归线程锁 NSRecursiveLock *lock = [[NSRecursiveLock alloc] init]; dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ static void (^block)(int); block = ^(int value) { //加锁 [lock lock]; if (value > 0) { NSLog(@"%d",value); sleep(1); //递归调用 block(--value); } //解锁 [lock unlock]; }; //调用代码块 block(10); }); } |
NSRecursiveLock实际上定义的是一个递归锁，这个锁可以被同一线程多次请求，而不会引起死锁。这主要是用在循环或递归操作中。
这段代码是一个典型的死锁情况。在我们的线程中，RecursiveMethod是递归调用的。所以每次进入这个block时，都会去加一次锁，而从第二次开始，由于锁已经被使用了且没有解锁，所以它需要等待锁被解除，这样就导致了死锁，线程被阻塞住了。调试器也没输出信息。只是一切都暂停了。
在这种情况下，我们就可以使用NSRecursiveLock。它可以允许同一线程多次加锁，而不会造成死锁。递归锁会跟踪它被lock的次数。每次成功的lock都必须平衡调用unlock操作。只有所有达到这种平衡，锁最后才能被释放，以供其它线程使用。
如果我们将NSLock代替为NSRecursiveLock，上面代码则会正确执行。
| 1 2 3 4 5 | 2018-10-29 12:42:14.953625+0800 TestGCD[67789:2030548] 10 2018-10-29 12:42:15.955660+0800 TestGCD[67789:2030548] 9 2018-10-29 12:42:16.960075+0800 TestGCD[67789:2030548] 8 2018-10-29 12:42:17.963856+0800 TestGCD[67789:2030548] 7 2018-10-29 12:42:18.968421+0800 TestGCD[67789:2030548] 6 2018-10-29 12:42:19.973189+0800 TestGCD[67789:2030548] 5 2018-10-29 12:42:20.977692+0800 TestGCD[67789:2030548] 4 2018-10-29 12:42:21.979169+0800 TestGCD[67789:2030548] 3 2018-10-29 12:42:22.983876+0800 TestGCD[67789:2030548] 2 2018-10-29 12:42:23.988365+0800 TestGCD[67789:2030548] 1 |
如果需要其他功能，源码定义如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 |
|
2.5、NSConditionLock条件锁
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
|
当我们在使用多线程的时候，有时一把只会lock和unlock的锁未必就能完全满足我们的使用。因为普通的锁只能关心锁与不锁，而不在乎用什么钥匙才能开锁，而我们在处理资源共享的时候，多数情况是只有满足一定条件的情况下才能打开这把锁：
在线程1中的加锁使用了lock，所以是不需要条件的，所以顺利的就锁住了，但在unlock的使用了一个整型的条件，它可以开启其它线程中正在等待这把钥匙的临界地，而线程2则需要一把被标识为2的钥匙，所以当线程1循环到最后一次的时候，才最终打开了线程2中的阻塞。但即便如此，NSConditionLock也跟其它的锁一样，是需要lock与unlock对应的，只是lock,lockWhenCondition:与unlock，unlockWithCondition:是可以随意组合的，当然这是与你的需求相关的。
上面代码执行结果如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
|
如果你需要其他功能，源码定义如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
|
2.6、NSCondition
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 |
|
一种最基本的条件锁。手动控制线程wait和signal。
[condition lock];一般用于多线程同时访问、修改同一个数据源，保证在同一时间内数据源只被访问、修改一次，其他线程的命令需要在lock 外等待，只到unlock ，才可访问
[condition unlock];与lock 同时使用
[condition wait];让当前线程处于等待状态
[condition signal];CPU发信号告诉线程不用在等待，可以继续执行
上面代码执行结果如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
|
2.7、pthread_mutex
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
|
c语言定义下多线程加锁方式。
1：pthread_mutex_init(pthread_mutex_t mutex,const pthread_mutexattr_t attr);
初始化锁变量mutex。attr为锁属性，NULL值为默认属性。
2：pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t mutex);加锁
3：pthread_mutex_tylock(*pthread_mutex_t *mutex);加锁，但是与2不一样的是当锁已经在使用的时候，返回为EBUSY，而不是挂起等待。
4：pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);释放锁
5：pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);使用完后释放
代码执行操作结果如下：
| 1 2 3 |
|
2.8、pthread_mutex(recursive)
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
|
这是pthread_mutex为了防止在递归的情况下出现死锁而出现的递归锁。作用和NSRecursiveLock递归锁类似。
如果使用pthread_mutex_init(&theLock, NULL);初始化锁的话，上面的代码会出现死锁现象。如果使用递归锁的形式，则没有问题。
2.9、OSSpinLock
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
|
OSSpinLock 自旋锁，性能最高的锁。原理很简单，就是一直 do while 忙等。它的缺点是当等待时会消耗大量 CPU 资源，所以它不适用于较长时间的任务。 不过最近YY大神在自己的博客不再安全的 OSSpinLock中说明了OSSpinLock已经不再安全，请大家谨慎使用。
三、性能对比
对以上各个锁进行1000000此的加锁解锁的空操作时间如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
|
总的来说：
OSSpinLock和dispatch_semaphore的效率远远高于其他。
@synchronized和NSConditionLock效率较差。
鉴于OSSpinLock的不安全，所以我们在开发中如果考虑性能的话，建议使用dispatch_semaphore。
如果不考虑性能，只是图个方便的话，那就使用@synchronized。
扫一扫
8366
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
