lock比较-阿里云开发者社区

本文做如下分析：

IOS对于共享资源的各种处理
各种处理的性能比较

用法：
使用如下obj对象进行分析

@implementation TestClass

(void) testLog1 {

NSLog(@"======Test Log1");

}

(void) testLog2 {

NSLog(@"=======Test Log2");

}

@end

NSLock用法:

必须和解锁unLock方法成对出现，如 lock unlock,不能出现lock lock unlock unlock会导致死锁。

//主线程中
TestClass *obj = [[TestClass alloc] init];
NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];

//线程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [lock lock];
    [obj testLog1];
    sleep(10);
    [lock unlock];
});

//线程2
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    sleep(1);
    [lock lock];//以保证让线程2的代码后执行
    [obj testLog2];
    [lock unlock];
});</code></pre>

不能这么使用,否则会导致死锁：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    [lock lock];
    [lock lock];
    [obj testLog1];
    sleep(10);
    [lock unlock];
    [lock unlock];
});</code></pre>

这种情况应该使用NSRecursiveLock。递归锁会跟踪它被多少次lock。每次成功的lock都必须平衡调用unlock操作。只有所有的锁住和解锁操作都平衡的时候，锁才真正被释放给其他线程获得。

NSConditionLock用法：

    //主线程中
TestClass *obj = [[TestClass alloc] init];

NSConditionLock *lock = [[NSConditionLock alloc] init];

//线程1

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    [lock lock];
    [obj testLog1];
    sleep(5);
    [lock unlockWithCondition:2];
});

//线程2

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    [lock lockWhenCondition:2];
    [obj testLog2];
    [lock unlock];
});</code></pre>

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结束时，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

NSCondition用法：

(void)wait //使线程等待阻塞当前线程，直到收到信号 (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit //阻塞当前线程，直到收到信号或到达指定的时间 (void)signal //发信号给阻塞的线程唤一个阻塞的线程 (void)broadcast //唤醒所有阻塞的线程

- (IBAction)fasong:(id)sender {

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(thread1) toTarget:self withObject:nil];

}

(IBAction)jieshou:(id)sender {

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(thread2) toTarget:self withObject:nil];

}

//发送线程

(void)thread1 { while (1) {

NSLog(@"thread1：等待发送");
[condition lock];
[condition wait];

NSLog(@"thread1:发送");
[condition unlock];

} }

//接收线程

(void)thread2 {

[condition lock];
NSLog(@"thread2：收到数据");
[condition signal];
[condition unlock];

}

synchronized用法：


@synchronized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(other),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。

TestClass *testObj = [[TestClass alloc] init];
//线程1
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    @synchronized(testObj){
        [testObj testLog1];
        sleep(10);
    }
});

//线程2 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    @synchronized(testObj){
        sleep(1);
        [testObj testLog2];
    }
});</code></pre>

pthread_mutex_lock用法：

从实现原理上来讲，Mutex属于sleep-waiting类型的锁。例如在一个双核的机器上有两个线程(线程A和线程B)，它们分别运行在Core0和Core1上。假设线程A想要通过pthread_mutex_lock操作去得到一个临界区的锁，而此时这个锁正被线程B所持有，那么线程A就会被阻塞(blocking)，Core0 会在此时进行上下文切换(Context Switch)将线程A置于等待队列中，此时Core0就可以运行其他的任务(例如另一个线程C)而不必进行忙等待。

TestClass *obj = [[TestClass alloc] init];

__block pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //线程1

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

 pthread_mutex_lock(&mutex); [obj testLog1]; sleep(5); pthread_mutex_unlock(&mutex); }); //线程2

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

 sleep(1); pthread_mutex_lock(&mutex); [obj testLog2]; pthread_mutex_unlock(&mutex); });</code></pre>

dispatch_semaphore用法：

dispatch_semaphore_create的声明为：
 dispatch_semaphore_t dispatch_semaphore_create(long value);

　　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。

dispatch_semaphore_wait的声明为：
long dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout)；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_signal的声明为：
long dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema)这个函数会使传入的信号量dsema的值加1；dispatch_semaphore_signal的返回值为long类型，当返回值为0时表示当前并没有线程等待其处理的信号量，其处理的信号量的值加1即可。当返回值不为0时，表示其当前有（一个或多个）线程等待其处理的信号量，并且该函数唤醒了一个等待的线程（当线程有优先级时，唤醒优先级最高的线程；否则随机唤醒）。

dispatch_semaphore_wait的返回值也为long型。当其返回0时表示在timeout之前，该函数所处的线程被成功唤醒。当其返回不为0时，表示timeout发生。

在设置timeout时，比较有用的两个宏：DISPATCH_TIME_NOW 和DISPATCH_TIME_FOREVER.DISPATCH_TIME_NOW　　表示当前；
DISPATCH_TIME_FOREVER　　表示遥远的未来；一般可以直接设置timeout为这两个宏其中的一个，或者自己创建一个dispatch_time_t类型的变量。创建dispatch_time_t类型的变量有两种方法，dispatch_time和dispatch_walltime。

利用创建dispatch_time创建dispatch_time_t类型变量的时候一般也会用到这两个变量。 dispatch_time的声明如下： dispatch_time_t dispatch_time(dispatch_time_t when, int64_t delta)；其参数when需传入一个dispatch_time_t类型的变量，和一个delta值。表示when加delta时间就是timeout的时间。例如：dispatch_time_t t = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 110001000*1000); 表示当前时间向后延时一秒为timeout的时间。

dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); for (int i = 0; i < 10; i++) { dispatch_group_async(group, queue, ^{ dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); NSLog(@"%i",i); sleep(2); dispatch_semaphore_signal(semaphore); }); } dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER); NSLog(@"zhixing=======");</code></pre>

dispatch_barrier_async用法：


这个函数会立即返回，并不会等待block执行，这和一般的async方法没有区别。但是当这个barrier block进入这个并发的Queue的的时候，这个queue并不会立即执行，这个queue会等待正在执行的block的执行完毕再执行。所以在这点上就保证了我们的barrier block 只有它自己在执行。所有的在他之后提交的block会一直等待到这个barrier block 执行完再执行。需要特别注意的是，传入dispatch_barrier_async（）函数的queue,必须是用dispatch_queue_create 创建的并发queue。如果是串行的queue或者是global concurrent queues ,这个函数就会变成 dispatch_async（）了。


dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^(void){

 sleep(1); NSLog(@"=====ceshi1"); sleep(2); });

for (int i = 0; i < 10; i++) {

 dispatch_barrier_async(queue, ^(void){ NSLog(@"=====%d", i); sleep(2); });

}

NSLog(@"===========ceshi3");

性能分析：

const NSInteger KRunTimes = 1000 * 1000; double curTime, lastTime; // 1.同步synchronized id obj = [NSObject new]; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { @synchronized(obj) { } } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"@synchronized: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); // 2.NSLock NSLock *myLock = [NSLock new]; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { [myLock lock]; [myLock unlock]; } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"NSLock: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); // NSLock IMP typedef void (*func)(id, SEL); SEL lockSEL = @selector(lock); SEL unlockSEL = @selector(unlock); func lockFunc = (void (*)(id, SEL))[myLock methodForSelector : lockSEL]; func unlockFunc = (void (*)(id, SEL))[myLock methodForSelector : unlockSEL]; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { lockFunc(myLock, lockSEL); unlockFunc(myLock, unlockSEL); } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"NSLock + IMP: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); // 3.NSCondition NSCondition *condition = [[NSCondition alloc] init]; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { [condition lock]; [condition unlock]; } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"NSCondition: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); // 4.NSConditionLock NSConditionLock *conditionLock = [[NSConditionLock alloc] init]; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { [conditionLock lock]; [conditionLock unlock]; } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"NSConditionLock: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); // 5.NSRecursiveLock NSRecursiveLock *recursiveLock = [[NSRecursiveLock alloc] init]; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { [recursiveLock lock]; [recursiveLock unlock]; } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"NSRecursiveLock: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); // 6.pthread_mutex_t pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { pthread_mutex_lock(&mutex); pthread_mutex_unlock(&mutex); } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"pthread_mutex: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); pthread_mutex_destroy(&mutex); // 7.OSSpinLock 自旋锁; OSSpinLock spinlock = OS_SPINLOCK_INIT; lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { OSSpinLockLock(&spinlock); OSSpinLockUnlock(&spinlock); } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"OSSpinlock: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000); // 8 dispatch_barrier_async dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.qq.ksnow", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); lastTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); for (NSInteger i = 0; i < KRunTimes; ++i) { dispatch_barrier_async(queue, ^{}); } curTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent(); NSLog(@"@dispatch_barrier_async: %f ms", (curTime - lastTime) * 1000);</code></pre>

所耗的时间如下:

2016-06-09 17:01:30.987 TestGCD[13354:537542] @synchronized: 207.141995 ms
2016-06-09 17:01:31.037 TestGCD[13354:537542] NSLock: 49.056053 ms
2016-06-09 17:01:31.076 TestGCD[13354:537542] NSLock + IMP: 39.246976 ms
2016-06-09 17:01:31.114 TestGCD[13354:537542] NSCondition: 37.796974 ms
2016-06-09 17:01:31.222 TestGCD[13354:537542] NSConditionLock: 107.953012 ms
2016-06-09 17:01:31.275 TestGCD[13354:537542] NSRecursiveLock: 52.785993 ms
2016-06-09 17:01:31.301 TestGCD[13354:537542] pthread_mutex: 25.191009 ms
2016-06-09 17:01:31.312 TestGCD[13354:537542] OSSpinlock: 11.332035 ms
2016-06-09 17:01:32.469 TestGCD[13354:537542] @dispatch_barrier_async: 1156.529009 ms

从上可以看出：性能最高的诶OSSpinlock，其次是pthread_mutex，最差的为dispatch_barrier_async，其次是@synchronized。不过不少网站已爆出OSSpinlock苹果方面的bug，并且会一直处于忙等待中占用较多的CPU资源，所以不建议使用。直接使用底层pthread_mutex即可。

原因分析：

synchronized:会创建一个异常捕获handler和一些内部的锁。所以，使用@synchronized替换普通锁的代价是，你付出更多的时间消耗。NSConditionLock:条件锁，与特定的，用户定义的条件有关。可以确保一个线程可以获取满足一定条件的锁。内部会涉及到信号量机制，一旦一个线程获得锁后，它可以放弃锁并设置相关条件;其它线程竞争该锁。线程之间的竞争激烈，涉及到条件锁检测，线程间通信。系统调用，上下切换方切换比较频繁。pthread_mutex：底层的API还是性能比较高啊，在各种同步对象中，性能属于佼佼者。建议使用。OSSpinLock：首先要提的是OSSpinLock已经出现了BUG，导致并不能完全保证是线程安全的。

新版 iOS 中，系统维护了 5 个不同的线程优先级/QoS: background，utility，default，user-initiated，user-interactive。高优先级线程始终会在低优先级线程前执行，一个线程不会受到比它更低优先级线程的干扰。这种线程调度算法会产生潜在的优先级反转问题，从而破坏了 spin lock。具体来说，如果一个低优先级的线程获得锁并访问共享资源，这时一个高优先级的线程也尝试获得这个锁，它会处于 spin lock 的忙等状态从而占用大量 CPU。此时低优先级线程无法与高优先级线程争夺 CPU 时间，从而导致任务迟迟完不成、无法释放 lock。这并不只是理论上的问题，libobjc 已经遇到了很多次这个问题了，于是苹果的工程师停用了 OSSpinLock。苹果工程师 Greg Parker 提到，对于这个问题，一种解决方案是用 truly unbounded backoff 算法，这能避免 livelock 问题，但如果系统负载高时，它仍有可能将高优先级的线程阻塞数十秒之久；另一种方案是使用 handoff lock 算法，这也是 libobjc 目前正在使用的。锁的持有者会把线程 ID 保存到锁内部，锁的等待者会临时贡献出它的优先级来避免优先级反转的问题。理论上这种模式会在比较复杂的多锁条件下产生问题，但实践上目前还一切都好。 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。对于内存缓存的存取来说，它非常合适。 -摘自ibireme

lock比较

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