iOS中的常见多线程方案
GCD
GCD源码地址:https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch。
GCD使用概要:Objective-C之GCD概要。
常用函数
GCD中有2个用来执行任务的函数:
- 用同步的方式执行任务
1 | dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); |
- 用异步的方式执行任务
1 | dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); |
队列
GCD的队列可以分为2大类型:
- 并发队列(Concurrent Dispatch Queue):可以让多个任务并发(同时)执行(自动开启多个线程同时执行任务),并发功能只有在异步(dispatch_async)函数下才有效
- 串行队列(Serial Dispatch Queue):让任务一个接着一个地执行(一个任务执行完毕后,再执行下一个任务)
同步和异步主要影响:能不能开启新的线程
- 同步:在当前线程中执行任务,不具备开启新线程的能力
- 异步:在新的线程中执行任务,具备开启新线程的能力
并发和串行主要影响:任务的执行方式
- 并发:多个任务并发(同时)执行
- 串行:一个任务执行完毕后,再执行下一个任务
各种队列的执行效果:
使用sync函数往当前串行队列中添加任务,会卡住当前的串行队列(产生死锁)。
队列组
参见GCD使用概要:Objective-C之GCD概要。
iOS中的线程同步方案
性能从高到低排序:
- os_unfair_lock
- OSSpinLock
- dispatch_semaphore
- pthread_mutex(default)
- dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
- NSLock
- NSCondition
- pthread_mutex(recursive)
- NSRecursiveLock
- NSConditionLock
- @synchronized
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。
1 | #import <libkern/OSAtomic.h> |
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。
1 | #import <os/lock.h> |
pthread_mutex
mutex叫做”互斥锁”,等待锁的线程会处于休眠状态。
1 | #import <pthread.h> |
锁的类型有:
1 | #define PTHREAD_MUTEX_NORMAL 0 |
递归锁:允许同一个线程对一把锁进行重复加锁。
pthread_mutex条件:
1 | // 初始化锁 |
NSLock
NSLock是对mutex普通锁的封装。
核心定义如下:
1 | @protocol NSLocking |
NSRecursiveLock
NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装,API跟NSLock基本一致。
NSCondition
NSCondition是对mutex和cond的封装。
核心定义如下:
1 | @interface NSCondition : NSObject <NSLocking> |
NSConditionLock
NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装,可以设置具体的条件值。条件值默认为0。
1 | @interface NSConditionLock : NSObject <NSLocking> |
dispatch_queue
直接使用GCD的串行队列,也是可以实现线程同步的。
1 | dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); |
dispatch_semaphore
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。
1 | // 初始化信号量 |
@synchronized
@synchronized是对mutex递归锁的封装。@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁,然后进行加锁、解锁操作。
1 | @synchronized(obj) { |
自旋锁、互斥锁比较
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
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
atomic
atomic用于保证属性setter、getter的原子性操作,相当于在getter和setter内部加了线程同步的自旋锁。但是它并不能保证使用属性的过程是线程安全的。
可以参考源码objc4的objc-accessors.mm。
iOS中的读写安全
考虑如下场景:
- 同一时间,只能有1个线程进行写的操作
- 同一时间,允许有多个线程进行读的操作
- 同一时间,不允许既有写的操作,又有读的操作
上面的场景就是典型的“多读单写”,经常用于文件等数据的读写操作,iOS中的实现方案有:
- pthread_rwlock:读写锁
- dispatch_barrier_async:异步栅栏调用
pthread_rwlock
1 | // 定义读写锁 |
dispatch_barrier_async
该函数会等到追加到并发队列上的并行处理全部结束之后, 再将指定的处理追加到该并发队列中。 然后在等该函数追加的处理执行完成后, 该并发队列才恢复为一般动作, 开始执行之后追加的并行处理.
该函数传入的并发队列必须通过dispatch_queue_cretate创建。
1 | dispatch_t queue = dispatch_queue_create("rwQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT) |