iOS 进阶之路（十七）：多线程：锁的底层原理和使用

IOS

2024-03-03 17:45:40

了解锁：现代 iOS 多线程编程的关键

在当今技术驱动的世界中，多线程已成为计算机科学和应用程序开发的基石。它使应用程序能够同时执行多个任务，最大化计算能力并提升用户体验。然而，在多线程环境下，共享资源的协调访问至关重要。这就是锁发挥作用的地方。

什么是锁？

锁是一种编程机制，它确保在任何给定时刻，只有一个线程可以访问受保护的共享资源。它就像一个虚拟的门卫，防止多个线程同时修改同一数据，从而避免数据竞争和程序崩溃。

iOS 中的锁类型

iOS 提供了多种类型的锁，每种类型都有其独特的特性：

NSLock： 最基本的锁类型，提供简单的二进制互斥（一次只允许一个线程访问）。
NSCondition： 一种高级锁，允许线程在满足特定条件时等待并唤醒。
GCD（Grand Central Dispatch）锁： 苹果提供的用于多线程编程的轻量级框架，使用基于信号量的实现。
dispatch_semaphore： 一种轻量级的信号量机制，用于控制对资源的并发访问。

锁的实现

iOS 中的锁通常使用原子操作 和内存屏障 实现。原子操作确保即使在多核处理器上，对共享变量的读写操作也是不可分割的。内存屏障强制编译器遵循特定的内存访问顺序，防止指令重新排序导致不一致的状态。

使用锁的最佳实践

有效使用锁对于避免数据竞争和确保线程安全至关重要。以下是一些最佳实践：

仅在必要时使用锁： 锁会引入开销，因此仅在绝对必要时才使用它们。
使用粒度最小的锁： 选择最适合特定场景的锁类型。例如，对于只允许一个线程访问的资源，使用 NSLock 即可；对于更复杂的协调，可以使用 NSCondition。
避免死锁： 确保线程不会在等待其他线程释放锁时无限期等待，从而导致死锁。
使用 lock/unlock 成对出现： 始终成对使用 lock 和 unlock 方法来保护共享资源。

示例代码

以下是一个使用 NSLock 保护共享变量的示例代码：

@interface MyObject ()

@property (nonatomic, strong) NSLock *lock;

@end

@implementation MyObject

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        self.lock = [[NSLock alloc] init];
    }
    return self;
}

- (void)incrementCounter {
    [self.lock lock];
    self.counter++;
    [self.lock unlock];
}

@end