深入剖析 iOS 中的自旋锁与优先级反转

IOS

2024-01-14 19:47:08

引言

自旋锁和优先级反转是并发编程中至关重要的概念，尤其是在 iOS 开发领域。理解这些概念对于编写安全、高效的多线程应用程序至关重要。在这篇文章中，我们将深入探讨 iOS 中的自旋锁，重点介绍它们如何与优先级反转相互作用。

自旋锁

自旋锁是一种轻量级的同步机制，可用于保护临界区（共享数据，只能一次被一个线程访问）。与其他同步机制（例如互斥锁）不同，自旋锁不会使等待锁定的线程进入睡眠状态。相反，它们会让线程不断轮询锁的状态，直到它可用。

在 iOS 中，可以使用 OSSpinLock 来创建自旋锁。它提供了一个 lock() 方法，可以尝试获取锁，以及一个 unlock() 方法，可以释放锁。

优先级反转

优先级反转是一种情况，其中低优先级的线程以意外的方式阻塞高优先级的线程。这可能发生在低优先级线程持有高优先级线程需要的锁时。

在 iOS 中，优先级反转经常发生在使用自旋锁的情况下。这是因为自旋锁不会使等待锁定的线程进入睡眠状态。因此，如果低优先级线程持有高优先级线程需要的自旋锁，高优先级线程将一直轮询锁，直到它可用。

避免优先级反转

避免优先级反转有几种方法：

使用自旋锁的时间要尽可能短： 自旋锁旋转的时间越长，优先级反转发生的可能性就越大。
尽量不要在高优先级线程中使用自旋锁： 如果可能，应该在低优先级线程中使用自旋锁。
使用优先级继承： 优先级继承是一种技术，它允许低优先级线程暂时提升其优先级，以防止优先级反转。

示例

以下示例演示了优先级反转是如何发生的：

// 线程A是高优先级的线程
// 线程B是低优先级的线程

// 互斥锁，由线程B持有
pthread_mutex_t mutex;

// 自旋锁，由线程A持有
OSSpinLock spinlock;

void *threadA(void *arg) {
    // 线程A试图获取互斥锁，但被线程B阻塞
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    
    // 线程A持有互斥锁，并试图获取自旋锁
    OSSpinLockLock(&spinlock);
    
    // 线程A持有自旋锁和互斥锁
    // ...执行临界区代码...
    
    // 线程A释放自旋锁
    OSSpinLockUnlock(&spinlock);
    
    // 线程A释放互斥锁
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    
    return NULL;
}

void *threadB(void *arg) {
    // 线程B试图获取自旋锁，但被线程A阻塞
    OSSpinLockLock(&spinlock);
    
    // 线程B持有自旋锁，并试图获取互斥锁
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    
    // 线程B持有自旋锁和互斥锁
    // ...执行临界区代码...
    
    // 线程B释放互斥锁
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    
    // 线程B释放自旋锁
    OSSpinLockUnlock(&spinlock);
    
    return NULL;
}