iOS：“锁”与“死锁”，谈谈同步与互斥

在多线程世界中驾驭锁的艺术

并发编程的基石：锁

在多线程编程的浩瀚世界中，同步和互斥是永恒的话题。而锁，正是在此舞台上闪耀的明星，担当着维持秩序、协调进程的重任。在 iOS 开发中，pthreads、NSLock、dispatch_semaphore 等锁机制可谓是如雷贯耳，它们各有千秋，需要根据不同场景妥善选择。

线程同步的三大隐患

• 死锁： 想象两个线程 A 和 B，A 紧抓资源 A 不放，等待 B 释放资源 B；而 B 也紧紧抱住资源 B，等待 A 释放资源 A。这种互相等待，互相制约的局面，就形成了死锁，让两个线程都陷入僵局。

• 饥饿： 有时候，一个线程会被晾在一边，眼巴巴看着其他线程轮流享用资源，永远轮不到自己上场。这种可怜兮兮的状态，就是饥饿。

• 不公平： 在竞争资源的线程队伍中，有的线程天生就有特权，总能优先获得资源，而有的线程只能望洋兴叹。这就是不公平。

锁的种类：互斥与读写，用户态与内核态

根据允许的并发访问程度，锁可分为互斥锁 和读写锁 。互斥锁不容许多个线程同时访问资源，严格遵循“你用我等，我用你等”的原则。读写锁则比较宽容，允许多个线程同时读取资源，但只允许一个线程写入资源，好比图书馆中的阅览室，大家可以一起读书，但只能一人动笔写字。

从运行环境的角度看，锁还可以划分为用户态锁 和内核态锁 。用户态锁在应用程序的领地内运行，不需要系统调用，速度快如闪电。内核态锁则是在操作系统的庇护下工作，需要系统调用的协助，性能相对较慢。

选择合适的锁：因材施教

在锁的选择上，没有一刀切的方案。需要综合考虑以下因素：

• 资源性质： 有的资源天生独占，只能由一个线程染指；有的资源则能广纳百川，允许多个线程同时享用。

• 性能需求： 对于时间敏感型任务，选择高性能的锁至关重要。

• 公平性要求： 如果公平是你的追求，那么公平锁可以满足你的需求。

• 死锁容忍度： 对于死锁敏感的场景，需要选择不易产生死锁的锁机制。

锁的注意事项：谨防陷阱

在使用锁的汪洋大海中，稍有不慎，就会落入暗礁之中。以下几点注意事项，请牢记于心：

• 临界区轻装上阵： 被锁守护的代码区域，也就是临界区，应该尽可能精简，避免长时间霸占资源，让其他线程望眼欲穿。

• 锁中嵌套莫尝试： 千万不要在锁中再套一层锁，这是死锁的温床。

• 系统调用要谨慎： 在锁的怀抱中进行系统调用，犹如在虎口拔牙，稍有闪失，就会让线程陷入阻塞的泥潭。

• 锁中解锁禁行令： 在锁的内部释放锁，会让程序陷入死胡同，得不偿失。

结论：以锁为媒，掌控并发

锁，是多线程世界中不可或缺的利器。合理选择，恰当使用，可以化繁为简，化危为安，让多线程程序井然有序，性能卓绝。而对锁的深入理解，正是驾驭并发编程的关键所在。

常见问题解答

1. pthreads 和 NSLock 有什么区别？
   pthreads 是跨平台的锁机制，性能优秀，但需要手动管理。NSLock 是苹果官方提供的 Objective-C 封装，使用更加方便，但性能略逊于 pthreads。

2. 什么时候应该使用读写锁？
   当多个线程需要同时读取共享资源，但只有少数线程需要修改资源时，读写锁非常适合。

3. 死锁是如何发生的？
   死锁通常发生在多个线程相互等待资源释放时，形成一个循环等待的链条。

4. 饥饿是如何避免的？
   使用公平锁机制或采用优先级调度算法，可以减少饥饿发生的概率。

5. 锁和信号量有什么关系？
   信号量是一种特殊的锁机制，它可以用来控制资源的访问数量，确保资源的使用不会超出限制。