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[操作系统]iOS多线程编程之锁的理解


一、需要互斥的例子

在多线程环境中,无论哪个函数方法都可以在多线程中同时执行。但是,在使用共享变量时,或者在执行文件输出或者绘制图等的情况下,多线程同时执行就可能得到奇怪的结果。
例如,使用整数全局变量totalNumber来累加处理的数据的个数,为了执行下面的加法计算,在多线程环境中执行该方法会得到什么结果呢?

- (void)addNumber:(NSInteger)n{  totalNumber +=n;}

当两个线程同时执行的情况下,当然,在OS功能支持下,线程在运行的过程中会时而得到CPU的执行权,时而被挂起执行权,因此整体上看,执行结果会偏离了我们期待的结果,原因是值的读取、更新、写入操作被多线程同时执行了。

二、锁

为了使多个线程间可以相互排斥地使用全局变量等共享资源,可以使用NSLock类。
锁具有每次只允许单个线程获得并使用的性质。获得锁称为“加锁”,释放锁称为”解锁“。
锁使用类方法alloc和初始化器init来创建并初始化。但是,锁应该在程序开始多线程执行前创建。

NSLock * countLock = [[NSLock alloc]init];

获得锁的方法和释放锁的方法都在协议NSLocking中定义。

- (void) lock;//如果锁正被使用,则线程进入休眠状态;如果锁没被使用,则锁的状态变为正被使用,线程继续执行。- (void) unlock;//将锁设置为没被使用,此时如果有等待该锁资源的正在休眠的线程,则将其唤醒。

在该代码中,从某线程执行1取得锁到该线程执行2释放锁期间,其他线程在执行1时将进入休眠状态,不能执行临界区代码。锁被释放后,在执行1时在休眠的线程中选择一个线程,在该线程取得锁后进入临界区执行。

- (void)addNumber:(NSInteger)n{ [aLock lock];-----------------------1 totalNumber +=n;     //临界区 [aLock unlock];--------------------2}

某个锁被lock后,必须执行一次unlock。而且lock和unlock必须在同一个线程执行。

三、死锁

线程和锁的关系必须在设计之初就经过仔细的考虑。如果错误地使用锁,不但不能按照预期执行互斥,还可能使多个线程陷入到不能执行的状态,即死锁(deadlock)状态。


线程1.png


线程2.png


线程1占有文件A并正在处理,途中有需要占有文件B。而另一方面,线程2占有文件B,途中有需要占有文件A。线程1为了处理文件B想要获得锁bLock,但是它已经被线程2获得。同样,线程2想要获得的锁aLock也被线程1占有着。这种情况下,线程1和线程2就会同时进入休眠状态,而且双方都不能跳出该状态。

四、尝试获得锁

NSLock类不仅能获得锁和释放锁,还有检查是否获得锁的功能。利用这些功能,就可以在不能获得锁时进行其他处理。

- (BOOL) tryLock

用接收器尝试获得某个锁,如果可以获得该锁则返回YES,不能获得时,与lock处理不同,线程没有进入休眠状态,而且直接返回NO并继续执行。

五、条件锁

NSConditionLock实例初始化,设置参数condition指定的值。NSConditionLock的指定初始化器。

- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition

此时返回锁中设定的值

@property (readonly) NSInteger condition;

如果锁正在被使用,则线程进入休眠状态。
锁不在被使用时,如果锁值和参数condition的值一致,则将锁的状态改为正在被使用,然后继续执行,如果不一致,则线程进入休眠状态。

- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition;

在锁中设置参数condition指定的值。将锁设置为不在使用,此时如果有等待获得该锁且处于休眠状态的线程,则将其唤醒。

- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition;

尚未使用锁且锁值与参数condition相同时,获得锁并返回YES,不能获得锁时也不进入休眠状态,而是返回NO,线程继续执行。

- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition;

使用方法lock、unlock、trylock时都可以获得锁和释放锁,而且不用关心锁的值。

六、NSRecursiveLock,递归锁

某线程获得锁后,到该线程释放锁期间,想要获得该锁的线程就会进入休眠。使用NSLock的锁时,如果已经获得锁的线程在没有释放它的情况下还想再次获得该锁,该线程也会进入休眠。但是,由于没有从休眠状态唤醒的线程,所以这就是死锁。

[aLock lock];[aLock lock];//这里发生死锁[aLock unlock];[aLock unlock];

解决这种情况可以使用NSRecursiveLock类的锁,拥有锁的线程即使多次获得同一个锁也不会进入死锁。但是,其他线程当然也不能获得该锁。获得次数和释放次数一致时,锁就会被释放。