学习多线程 - iOS

2023-08-05 00:01:29

实现多线程的方案一共有四种：pthread，NSThread，GCD，NSOperation

一、线程的状态与生命周期

新建：实例化线程对象
就绪：向线程对象发送start消息，线程对象就被加入到可调度线程池中等待CPU调度
运行：CPU负责调用可调用线程池中的线程执行。线程执行完成之前，状态可能会在就绪和运行之间来回切换。就绪和运行的状态是由CPU负责，程序员不能干涉。
阻塞：当满足某个预订条件时，可以使用休眠或者锁，阻塞线程执行。sleepForTimeInterval（休眠指定时长），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥锁）。
死亡：正常死亡，线程执行完毕。非正常死亡，当满足某个条件后，在线程内部中止执行或者在主线程中止线程对象。

二、GCD的基本概念

同步（sync）：一个接着一个，前一个没有执行完，后面不能执行，不开线程。
异步（async）：开启多个新线程，任务同一时间可以一起执行。异步是多线程的代名词
队列：装载线程任务的队形结构。(系统以先进先出的方式调度队列中的任务执行)。在GCD中有两种队列：串行队列和并发队列。
并发队列：线程可以同时一起进行执行。实际上是CPU在多条线程之间快速的切换。（并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效）
串行队列：线程只能依次有序的执行。

三、GCD的使用

1、串行同步

- (void)syncSerial {NSLog(@"**************串行同步***************");dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);dispatch_sync(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"串行同步1：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_sync(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"串行同步2：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_sync(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"串行同步3：%@", [NSThread currentThread]);}});
}

运行结果如下：执行完一个任务，再执行写一个任务。不开启新的线程

2、串行异步

- (void)asyncSerial {NSLog(@"**************串行异步***************");dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);dispatch_async(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"串行异步1：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_async(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"串行异步2：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_async(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"串行异步3：%@", [NSThread currentThread]);}});
}

结果如下：会开启新的线程，但是因为任务是串行的，所以还是按照顺序执行任务

3、并行同步

- (void)syncConcurrent {NSLog(@"**************并行同步***************");dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_sync(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"并行同步1：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_sync(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"并行同步2：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_sync(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"并行同步3：%@", [NSThread currentThread]);}});}

结果如下：因为是同步的，所以执行完一个任务，在执行下一个任务，不会开启新的线程

4、并行异步

- (void)asyncConcurrent {NSLog(@"**************并行异步***************");dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_async(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"并行异步1：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_async(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"并行异步2：%@", [NSThread currentThread]);}});dispatch_async(queue, ^{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"并行异步3：%@", [NSThread currentThread]);}});}

结果如下：任务交替执行，开启多线程。

5、GCD栅栏

当任务需要异步进行，但是这些任务需要分成两组来执行，第一组完成之后才能进行第二组的操作。这时候就用了到GCD的栅栏方法dispatch_barrier_async。

 // 并发队列dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);// 异步执行dispatch_async(queue, ^{for (int i = 0; i < 2; i++) {NSLog(@"栅栏：并发异步1   %@",[NSThread currentThread]);}});dispatch_async(queue, ^{for (int i = 0; i < 2; i++) {NSLog(@"栅栏：并发异步2   %@",[NSThread currentThread]);}});dispatch_barrier_async(queue, ^{NSLog(@"------------barrier------------%@", [NSThread currentThread]);NSLog(@"******* 并发异步执行，但是34一定在12后面 *********");});dispatch_async(queue, ^{for (int i = 0; i < 2; i++) {NSLog(@"栅栏：并发异步3   %@",[NSThread currentThread]);}});dispatch_async(queue, ^{for (int i = 0; i < 2; i++) {NSLog(@"栅栏：并发异步4   %@",[NSThread currentThread]);}});

结果如下：开启了多条线程，所有任务都是并发异步进行。但是第一组完成之后，才会进行第二组的操作。

四、经典案例

1、买票

（1）当我们只有一个车站的时候

- (void)buyTicket {_restCount = 20;dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("trainStation", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_async(queue, ^{[self saleTickets:queue];});    
}- (void)saleTickets:(dispatch_queue_t)queue{while (_restCount > 0) {// 如果还有票，继续售卖NSInteger count = arc4random() % 3 + 1; // 在窗口购买任意n+1张票if (_restCount == 1){count = 1;}_restCount -= count; // 剩余票数const char *queueLabel = dispatch_queue_get_label(queue);NSString *label = [NSString stringWithUTF8String:queueLabel];NSLog(@"%@售出%ld，余票：%d张",label, (long)count, _restCount);}
}

结果如下：

（2）当我们在添加一个车站的时候

- (void)buyTicket {_restCount = 20;dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("trainStation", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_async(queue, ^{[self saleTickets:queue];});dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("trainStation2", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_sync(queue2, ^{[self saleTickets:queue2];});
}- (void)saleTickets:(dispatch_queue_t)queue{while (_restCount > 0) {// 如果还有票，继续售卖NSInteger count = arc4random() % 3 + 1; // 在窗口购买任意n+1张票if (_restCount == 1){count = 1;}_restCount -= count; // 剩余票数const char *queueLabel = dispatch_queue_get_label(queue);NSString *label = [NSString stringWithUTF8String:queueLabel];NSLog(@"%@售出%ld，余票：%d张",label, (long)count, _restCount);}
}

结果如下：我们发现结果是错乱的，这个时候我们就需要想办法解决这个错乱问题。

（3）我们需要加同步锁来解决这个问题

- (void)saleTickets:(dispatch_queue_t)queue{while (_restCount > 0) {@synchronized (self) {if (_restCount >0) {// 如果还有票，继续售卖NSInteger count = arc4random() % 3 + 1; // 在窗口购买任意n+1张票if (_restCount == 1){count = 1;}_restCount -= count; // 剩余票数const char *queueLabel = dispatch_queue_get_label(queue);NSString *label = [NSString stringWithUTF8String:queueLabel];NSLog(@"%@售出%ld，余票：%d张",label, (long)count, _restCount);}}}
}

结果如下：

2、异步加载图片，顺序显示

#import "UIImageView+webCach.h"@implementation UIImageView (webCach)-(void)setImageUrl:(NSURL *)url {dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("inage_cache", NULL);dispatch_async(queue, ^{NSLog(@"异步：%@ url : %@",[NSThread currentThread],url);NSData *data=[NSData dataWithContentsOfURL:url];UIImage *image=[UIImage imageWithData:data];//让主线程去做dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{self.image=image;});});}

viewload函数

 UIImageView *imageView2=[[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(60, 180, 200, 120)];imageView2.backgroundColor=[UIColor greenColor];[imageView2 setImageUrl:[NSURL URLWithString:@"https://sta-op-test.douyucdn.cn/wsd-ecl-img/2020/09/08/760ff932f16397abe89d099772e64792.jpg"]];UIImageView *imageView3=[[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(60, 320, 200, 120)];imageView3.backgroundColor=[UIColor greenColor];[imageView2 setImageUrl:[NSURL URLWithString:@"https://live.dz11.com/upload/avatar_v3/202102/c46721bfd48246d2991b72900f341add_middle.jpg"]];[imageView2 setImageUrl:[NSURL URLWithString:@"https://live.dz11.com/upload/avatar/default/11_middle.jpg"]];

结果如下：我们发现加载顺序混乱的，我们需要让他按照顺序来加载，我们需要加上同步锁

添加同步锁：

-(void)setImageUrl:(NSURL *)url {dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("inage_cache", NULL);dispatch_async(queue, ^{@synchronized (self) {NSLog(@"异步：%@ url : %@",[NSThread currentThread],url);NSData *data=[NSData dataWithContentsOfURL:url];UIImage *image=[UIImage imageWithData:data];//让主线程去做dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{self.image=image;});}});}

结果如下：

五、NSOperation和NSOperationQueue

1、NSOperation简介

NSOperation是基于GCD之上的更高一层封装，NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。

NSOperation实现多线程的步骤如下：

创建任务：先将需要执行的操作封装到NSOperation对象中。
创建队列：创建NSOperationQueue。
将任务加入到队列中：将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中。

需要注意的是：NSOperation是个抽象类，实际运用时中需要使用它的子类，有三种方式：

使用子类NSInvocationOperation
使用子类NSBlockOperation
定义继承自NSOperation的子类，通过实现内部相应的方法来封装任务。

2、NSOperation的三种创建方式

NSInvocationOperation的使用

创建NSInvocationOperation对象并关联方法，之后start。

- (void)useInvocationOperation {// 1.创建 NSInvocationOperation 对象NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];// 2.调用 start 方法开始执行操作[op start];
}- (void)task1{for (int i=0;i<3;i++) {NSLog(@"NSInvocationOperation---%@",[NSThread currentThread]);}
}

结果如下：程序在主线程执行，没有开启新线程。

这是因为NSOperation多线程的使用需要配合队列NSOperationQueue，后面会讲到NSOperationQueue的使用。

使用子类NSBlockOperation

把任务放到NSBlockOperation的block中，然后start。

 NSBlockOperation *bp = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{NSLog(@"NSBlockOperation---%@",[NSThread currentThread]);}];[bp start];

结果如下：程序在主线程执行，没有开启新线程。

同样的，NSBlockOperation可以配合队列NSOperationQueue来实现多线程。

但是NSBlockOperation有一个方法addExecutionBlock:，通过这个方法可以让NSBlockOperation实现多线程。

NSBlockOperation *bp = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{NSLog(@"NSBlockOperation主任务---%@",[NSThread currentThread]);}];[bp addExecutionBlock:^{NSLog(@"addExecutionBlock方法添加任务1========%@", [NSThread currentThread]);}];[bp addExecutionBlock:^{NSLog(@"addExecutionBlock方法添加任务2========%@", [NSThread currentThread]);}];[bp addExecutionBlock:^{NSLog(@"addExecutionBlock方法添加任务3========%@", [NSThread currentThread]);}];[bp start];

结果如下：可以看出，NSBlockOperation创建时block中的任务是在主线程执行，而运用addExecutionBlock加入的任务有的是在子线程执行的。

定义继承自NSOperation的子类，通过实现内部相应的方法来封装任务。

首先我们定义一个继承自NSOperation的类，然后重写它的main方法，之后就可以使用这个子类来进行相关的操作了。

/*******************"OperationTest.h"*************************/@interface OperationTest : NSOperation@end/*******************"OperationTest.m"*************************/#import "OperationTest.h"@implementation OperationTest- (void)main {for (int i = 0; i < 3; i++) {NSLog(@"NSOperation的子类OperationTest======%@",[NSThread currentThread]);}
}@end/*****************回到主控制器使用OperationTest**********************/- (void)testOperation {OperationTest *test = [[OperationTest alloc] init];[test start];
}

结果如下：依然是在主线程执行。

所以，NSOperation是需要配合队列NSOperationQueue来实现多线程的。下面就来说一下队列NSOperationQueue。

3、队列NSOperationQueue

NSOperationQueue只有两种队列：主队列、其他队列。其他队列包含了串行和并发。

主队列的创建如下，主队列上的任务是在主线程执行的。

NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue];

其他队列（非主队列）的创建如下，加入到‘非队列’中的任务默认就是并发，开启多线程。

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

注意：

非主队列（其他队列）可以实现串行或并行。
队列NSOperationQueue有一个参数叫做最大并发数：maxConcurrentOperationCount。
maxConcurrentOperationCount默认为-1，直接并发执行，所以加入到‘非队列’中的任务默认就是并发，开启多线程。
当maxConcurrentOperationCount为1时，则表示不开线程，也就是串行。
当maxConcurrentOperationCount大于1时，进行并发执行。
系统对最大并发数有一个限制，所以即使程序员把maxConcurrentOperationCount设置的很大，系统也会自动调整。所以把最大并发数设置的很大是没有意义的。

4、NSOperation + NSOperationQueue

addOperation添加任务到队列

- (void)testOperationQueue {//创建队列，默认并发NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];//创建操作，NSInvocationOperationNSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(queueOperationAddOperation) object:nil];// 创建操作，NSBlockOperationNSBlockOperation *bp = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{for (int i = 0; i < 3; i++) {NSLog(@"NSBlockOperation======%@", [NSThread currentThread]);}}];[queue addOperation:op];[queue addOperation:bp];}- (void)queueOperationAddOperation {NSLog(@"invocationOperation====%@", [NSThread currentThread]);
}

结果如下：可以看出，任务都是在子线程执行的，开启了新线程！

addOperationWithBlock添加任务到队列

- (void)testOperationQueueWithBlock {//创建队列，默认并发NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];//添加操作到队列[queue addOperationWithBlock:^{for (int i = 0; i < 3; i++) {NSLog(@"addOperationWithBlock把任务添加到队列======%@", [NSThread currentThread]);}}];
}

运行结果如下，任务确实是在子线程中执行。

运用最大并发数实现串行

- (void)testMaxConcurrentOperationCount {// 创建队列，默认并发NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];// 最大并发数为1，串行queue.maxConcurrentOperationCount = 1;// 最大并发数为2，并发
//    queue.maxConcurrentOperationCount = 2;// 添加操作到队列[queue addOperationWithBlock:^{for (int i = 0; i < 2; i++) {NSLog(@"addOperationWithBlock把任务添加到队列1======%@", [NSThread currentThread]);}}];// 添加操作到队列[queue addOperationWithBlock:^{for (int i = 0; i < 2; i++) {NSLog(@"addOperationWithBlock把任务添加到队列2======%@", [NSThread currentThread]);}}];// 添加操作到队列[queue addOperationWithBlock:^{for (int i = 0; i < 2; i++) {NSLog(@"addOperationWithBlock把任务添加到队列3======%@", [NSThread currentThread]);}}];
}

最大并发数为1，串行运行结果：当最大并发数为1的时候，虽然开启了线程，但是任务是顺序执行的，所以实现了串行。

最大并发数为2，并发运行结果：。

5、NSOperation的操作依赖

NSOperation有一个非常好用的方法，就是操作依赖。可以从字面意思理解：某一个操作（operation2）依赖于另一个操作（operation1），只有当operation1执行完毕，才能执行operation2。

 // 并发队列NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];// 操作1NSBlockOperation *operation1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{for (int i = 0; i < 3; i++) {NSLog(@"operation1======%@", [NSThread  currentThread]);}}];// 操作2NSBlockOperation *operation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{NSLog(@"****operation2依赖于operation1，只有当operation1执行完毕，operation2才会执行****");for (int i = 0; i < 3; i++) {NSLog(@"operation2======%@", [NSThread  currentThread]);}}];// 使操作2依赖于操作1[operation2 addDependency:operation1];// 把操作加入队列[queue addOperation:operation1];[queue addOperation:operation2];

结果如下：

六、多线程安全问题

多个线程可能访问同一块资源，比如同一个文件，同一个对象，同一个变量等；当多线程访问同一块资源是，容易引发数据错乱和数据安全问题；

如下面这个经典图所示，线程A、B均访问了Integer变量，但最终的结果(18)可能并不是我们想要的(19)；

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如果要保证共享的数据是正确的安全的，就需要使用线程同步技术：让多个线程间按顺序执行而不是并发执行；常见的线程同步技术就是加锁，同上面例子一样，加锁后能保证最终结果是正常的；

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iOS中的线程同步方案常见的有以下几种：

pthread相关方案
OSSpinLock
os_unfair_lock
GCD相关方案
NSOperationQueue相关方案
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

1、pthread相关方案

（1）PTHREAD_MUTEX_NORMAL 普通互斥锁

互斥锁的机制：被这个锁保护的临界区就只允许一个线程进入，其它线程如果没有获得锁权限，那就只能在外面等着；等待锁的线程会处于休眠状态，处于休眠状态不会占用CPU资源；

//两种初始化的方式//1、静态初始化static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//2、动态创建pthread_mutex_t lock1;// 可以根据需要配置pthread_mutexattr NULL默认为互斥锁pthread_mutex_init(&lock1, NULL);NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperationWithBlock:^{pthread_mutex_lock(&lock);//加锁NSLog(@"%@===write===start",[NSThread currentThread]);sleep(3);NSLog(@"%@===write===end",[NSThread currentThread]);pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁}];[queue addOperationWithBlock:^{pthread_mutex_lock(&lock);//加锁NSLog(@"%@===read===start",[NSThread currentThread]);sleep(2);NSLog(@"%@===read===end",[NSThread currentThread]);pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁}];

结果如下：

（2）PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 递归锁

递归锁用于递归调用加锁的情况；对于递归调用的加锁，如果使用上面的锁，则会出现死锁；递归锁就是保证了对同一把锁能多次加锁，而不用等待解锁，从而避免了递归造成的死锁问题；

- (void)synchronizedTest {pthread_mutexattr_t att;pthread_mutexattr_init(&att);// PTHREAD_MUTEX_NORMAL普通互斥锁 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE递归锁pthread_mutexattr_settype(&att, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);pthread_mutex_init(&_lock, &att);NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperationWithBlock:^{[self recursiveTest:3]; // 递归调用}];
}// 递归方法
- (void)recursiveTest:(NSInteger)value {pthread_mutex_lock(&_lock);if (value > 0) {NSLog(@"%@===start",[NSThread currentThread]);sleep(1);NSLog(@"%@===end",[NSThread currentThread]);[self recursiveTest:value-1];}pthread_mutex_unlock(&_lock);
}

结果如下：

（3）pthread_rwlock 读写锁

以上锁能很好的解决线程安全问题，但是这样的话同一时间，只会有一个线程能执行；有时我们的需求并不希望这样，比如读写操作：我们希望读是不受同步机制限制，即允许多个线程同时读；对于写，我们希望同一时间只允许一个线程操作；同时，在写操作进行时不允许同时读；而读写锁就是为这种场景而生的：

// 两种初始化方式// 1.静态初始化static pthread_rwlock_t lock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;// 2.动态创建static pthread_rwlock_t lock1;pthread_rwlock_init(&lock1, NULL);NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];for (int i=0;i<2;i++) {[queue addOperationWithBlock:^{pthread_rwlock_wrlock(&lock);NSLog(@"%@===write===start",[NSThread currentThread]);sleep(3);NSLog(@"%@===write===end",[NSThread currentThread]);pthread_rwlock_unlock(&lock);}];}for (int i=0;i<2;i++) {[queue addOperationWithBlock:^{pthread_rwlock_rdlock(&lock);NSLog(@"%@===read===start",[NSThread currentThread]);sleep(2);NSLog(@"%@===read===end",[NSThread currentThread]);pthread_rwlock_unlock(&lock);}];}

结果如下：多个read是可以并发的，write是同步执行的；

（4）pthread_join

使用场景：有A,B两个线程，B线程在做某些事情之前，必须要等待A线程把事情做完，然后才能接着做下去。这时候就可以用join。

static pthread_t thread1;
static pthread_t thread2;void * writeFunc(void *args) {NSLog(@"%u===write===start",(unsigned int)pthread_self());sleep(3);NSLog(@"%u===write===end",(unsigned int)pthread_self());pthread_exit(NULL);return NULL;
}void* readFunc(void *args) {pthread_join(thread1, NULL);NSLog(@"%u===read===start",(unsigned int)pthread_self());sleep(2);NSLog(@"%u===read===end",(unsigned int)pthread_self());return NULL;
}- (void)joinPthread {pthread_create(&thread1, NULL, writeFunc, NULL);pthread_create(&thread2, NULL, readFunc, NULL);
}

结果如下：

（5）pthread_cond 条件锁

条件锁能在合适的时候唤醒正在等待的线程。具体什么时候合适由程序员自己控制条件变量决定；具体的场景就是： B线程和A线程之间有合作关系，当A线程完操作前，B线程会等待。当A线程完成后，需要让B线程知道，然后B线程从等待状态中被唤醒，然后处理自己的任务。

// 1.静态初始化static pthread_cond_t cond_lock = PTHREAD_COND_INITIALIZER;static pthread_mutex_t mutex_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 需要配合mutex互斥锁使用// 2.动态创建static pthread_cond_t cond_lock1;pthread_cond_init(&cond_lock1, NULL);NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperationWithBlock:^{pthread_mutex_lock(&mutex_lock);while (self.condition_value <= 0) { // 条件成立则暂时解锁并等待pthread_cond_wait(&cond_lock, &mutex_lock);}NSLog(@"%@===read===start",[NSThread currentThread]);sleep(2);NSLog(@"%@===read===end",[NSThread currentThread]);pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);}];[queue addOperationWithBlock:^{pthread_mutex_lock(&mutex_lock);NSLog(@"%@===write===start",[NSThread currentThread]);sleep(3);self.condition_value = 1; // 一定要更改条件 否则上面read线程条件成立又会waitNSLog(@"%@===write===end",[NSThread currentThread]);pthread_cond_signal(&cond_lock); // 传递信号给等待的线程 而且是在解锁前pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);}];

结果如下：

（6）semaphore 信号量

信号量维护了一个unsigned int类型的value，通过这个值控制线程同步；具体有以下使用场景：

信号量的初始值设为1，代表同时只允许1条线程访问资源，保证线程同步

    // 创建 原型sem_t *sem_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,unsigned int value);// name 信号的外部名字// oflag 选择创建或打开一个现有的信号灯// mode 权限位// value 信号初始值sem_t *sem = sem_open("semname", O_CREAT, 0644, 1);NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperationWithBlock:^{sem_wait(sem); // 首先判断信号量value 如果=0则等待，否则value-1并正常往下走NSLog(@"%@===write===start",[NSThread currentThread]);sleep(3);NSLog(@"%@===write===end",[NSThread currentThread]);sem_post(sem); // 执行完发送信号，value+1}];[queue addOperationWithBlock:^{sem_wait(sem);NSLog(@"%@===read===start",[NSThread currentThread]);sleep(2);NSLog(@"%@===read===end",[NSThread currentThread]);sem_post(sem);}];

信号量的初始值value，可以用来控制线程并发访问的最大数量

sem_t *sem = sem_open("semCount", O_CREAT, 0644, 3);NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];for (int i=0;i<9;i++) {[queue addOperationWithBlock:^{sem_wait(sem);NSLog(@"%@===write===start",[NSThread currentThread]);sleep(3);NSLog(@"%@===write===end",[NSThread currentThread]);sem_post(sem);}];}

结果如下：

以上代码，其实就类似设置NSOperationQueue的maxConcurrentOperationCount效果；

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue.maxConcurrentOperationCount = 3;

2、OSSpinLock自旋锁

自旋锁的作用同互斥锁一样，不同于互斥锁的线程休眠机制，自旋锁等待的线程会忙等，也就是等待的过程其实是在跑一个while循环；这样等待的过程同样消耗CPU资源，但这种方式不会涉及线程唤醒、休眠的切换，性能会高点；

死等是死锁，相当于2个及以上进程构成了一个环状的资源请求顺序，根本停不下来。

忙等是指负责提供资源的进程还没完成工作，忙着准备资源，而请求资源的进程不得不处于等待状态直到资源可用为止。

两者区别是前者永无止境，空耗资源；后者一旦资源就绪，挂起状态就结束了。可以继续其他工作。

__block OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperationWithBlock:^{OSSpinLockLock(&lock);NSLog(@"%@===write===start",[NSThread currentThread]);sleep(3);NSLog(@"%@===write===end",[NSThread currentThread]);OSSpinLockUnlock(&lock);}];[queue addOperationWithBlock:^{OSSpinLockLock(&lock);NSLog(@"%@===read===start",[NSThread currentThread]);sleep(2);NSLog(@"%@===read===end",[NSThread currentThread]);OSSpinLockUnlock(&lock);}];

现在使用自旋锁会有警告：

'OSSpinLock' is deprecated: first deprecated in iOS 10.0 - Use os_unfair_lock() from  instead

这是因为OSSpinLock已经不再安全了，会有优先级反转问题；多线程并发处理，原理上说是CPU时间片轮转机制，即将时间划分为极小单位，每个线程依次执行这极段的时间；这样多个线程看起来是同时执行的；另外，不同的线程有可能是不同的优先级；高优先级的线程要占用较长的时间、CPU资源；高优先级线程始终会在低优先级线程前执行，一个线程不会受到比它更低优先级线程的干扰。如果使用自旋锁，且一个低优先级的线程先于高优先级的线程获得锁并访问共享资源；同时高优先级的线程也会尝试获取锁，获取锁失败就一直忙等，忙等状态占用大量CPU资源；而低优先级的线程也需要CPU资源，但是竞争不过从而导致任务迟迟完不成，无法解锁；

苹果给的建议是使用os_unfair_lock替代，但这个最低只支持iOS10;

 __block os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT; // 初始化
os_unfair_lock_lock(&lock); // 加锁
os_unfair_lock_unlock(&lock); // 解锁

3、NSLock

这个其实就是对pthread_mutex普通互斥锁的封装；面向对象，使用起来更方便；

- (void)lock;
- (void)unlock;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;

lock 和 tryLock 方法都会请求加锁，唯一不同的是 trylock 在没有获得锁的时候可以继续做一些任务和处理，lockBeforeDate方法也比较简单，就是在limit时间点之前获得锁，没有拿到返回NO。

4、NSRecursiveLock 递归锁

对pthread_mutex递归锁的封装，方法和NSLock的一样；

- (void)lock;
- (void)unlock;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;

5、NSCondition

对pthread_cond条件锁的封装，使用pthread_cond需要配合pthread_mutex互斥锁使用，NSCondition封装好了,一把锁就能实现：

    NSCondition *lock = [[NSCondition alloc] init];NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperationWithBlock:^{[lock lock];while (self.condition_value <= 0) { // 条件成立则暂时解锁并等待[lock wait];}NSLog(@"%@===read===start",[NSThread currentThread]);sleep(2);NSLog(@"%@===read===end",[NSThread currentThread]);[lock unlock];}];[queue addOperationWithBlock:^{[lock lock];NSLog(@"%@===write===start",[NSThread currentThread]);sleep(3);self.condition_value = 1; // 一定要更改条件 否则上面read线程条件成立又会waitNSLog(@"%@===write===end",[NSThread currentThread]);[lock signal]; // 传递信号给等待的线程 而且是在解锁前
//        [lock broadcast] // 通知所有线程[lock unlock];}];

6、NSConditionLock

对NSCondition的进一步封装，在NSCondition基础上，加了可控制的条件condition；通过条件变量，控制通知哪条线程；

    NSConditionLock *lock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:1]; // 初始化，设置condition=1NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperationWithBlock:^{[lock lockWhenCondition:1]; // 当condition=1时 获取锁成功 否则等待（但是首次使用lockWhenCondition时condition不对时也能获取锁成功）NSLog(@"%@===A===start",[NSThread currentThread]);sleep(2);NSLog(@"%@===A===end",[NSThread currentThread]);// unlock根据不同的条件 控制对应的线程[lock unlockWithCondition:2]; // 解锁，同时设置condition=2并signal；
//        [lock unlockWithCondition:3];}];[queue addOperationWithBlock:^{[lock lockWhenCondition:2];NSLog(@"%@===B===start",[NSThread currentThread]);sleep(1);NSLog(@"%@===B===end",[NSThread currentThread]);[lock unlock];}];[queue addOperationWithBlock:^{[lock lockWhenCondition:3];NSLog(@"%@===C===start",[NSThread currentThread]);sleep(1);NSLog(@"%@===C===end",[NSThread currentThread]);[lock unlock];}];

结果如下：线程A解锁时可以传不同条件值，对应条件值的其他等待线程就会被唤醒；这里条件值为2，则执行线程B任务；条件设置为3，则执行线程C任务；如果是其他值则线程B，C继续一直等待；

7、@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；一个对象对应一把锁；

 NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];@synchronized (obj) {// ...}

8、GCD相关

（1）dispatch_semaphore信号量

这个和之前讲的semaphore差不多；

// 创建信号量
dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(1);
// 判断信号量，如果=0则等待，否则信号值-1往下执行
dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 发送信号量，信号值+1
dispatch_semaphore_signal(sem);

（2）DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行队列

串行队列的任务就是同步执行的；

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(queue, ^{// ThreadA dosomething....
});
dispatch_async(queue, ^{// ThreadB dosomething....
});

（3）dispatch_group

将任务分组，组内任务异步执行；当所有任务执行完后，可以通知其他线程执行任务：

 // group必须使用自己创建的并发队列 使用global全局队列无效 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
//    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); xxxdispatch_group_t group = dispatch_group_create();dispatch_group_async(group, queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===TaskA",[NSThread currentThread]);});dispatch_group_async(group, queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===TaskB",[NSThread currentThread]);});dispatch_group_notify(group, queue, ^{NSLog(@"%@===TaskC",[NSThread currentThread]);});
//    dispatch_async(queue, ^{
//        dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC))); // 可以设置等待的超时时间
//        NSLog(@"%@===TaskC",[NSThread currentThread]);
//    });

以上代码对应的场景就是：A,B线程可以并发执行，但C线程一定要在AB线程执行完后再执行； dispatch_group_notify也可以使用dispatch_group_wait替代，一样是阻塞的作用，而dispatch_group_wait能设置等待超时时间；超过时间将不再阻塞，继续任务；还有一点需要注意的是，dispatch_group必须使用自己创建的并发队列，使用global全局队列无效，使用串行队列没有意义；

(4) dispatch_barrier

dispatch_barrier就是起到一个栅栏的作用；栅栏两边的任务可以并发执行，栅栏里的任务必须等到栅栏上边的任务执行完才执行，栅栏下边的任务必须等栅栏里的任务执行完后才执行； dispatch_barrier其实就是阻塞队列的作用；

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_async(queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===TaskA",[NSThread currentThread]);});dispatch_async(queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===TaskB",[NSThread currentThread]);});// async不会阻塞当前线程（主线程）dispatch_barrier_async(queue, ^{NSLog(@"%@===Barrier",[NSThread currentThread]);});// sync会阻塞当前队列（主队列）//    dispatch_barrier_sync(queue, ^{//        NSLog(@"%@===Barrier",[NSThread currentThread]);//    });dispatch_async(queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===TaskC",[NSThread currentThread]);});dispatch_async(queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===TaskD",[NSThread currentThread]);});NSLog(@"%@===MainTask",[NSThread currentThread]);

结果如下：

dispatch_barrier的使用有两种方式

dispatch_barrier_async
dispatch_barrier_sync

async不会阻塞当前队列，sync同时会阻塞当前队列；如果以上代码换成dispatch_barrier_sync，最终的结果将是MainTask会在Barrier任务后；

结果如下：

基于barrier的这种特性，很容易实现一个读写锁；栅栏内为write，栅栏外为read；这样同样能实现读任务能异步执行，写任务只能同步执行；同时在写操作时，不允许读操作；

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);for (int i = 0; i < 3; i ++) {dispatch_async(queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===read",[NSThread currentThread]);});}for (int i = 0; i < 3; i ++) {dispatch_barrier_async(queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===write",[NSThread currentThread]);});}for (int i = 0; i < 3; i ++) {dispatch_async(queue, ^{sleep(1);NSLog(@"%@===read",[NSThread currentThread]);});}

性能问题

空循环加锁解锁：

方法	时间（1000）	时间（10000）	时间（100000）
OSSpinLock	0.06 ms	0.72	5.87 ms
dispatch_semaphore	0.09 ms	0.96 ms	9.26 ms
pthread_mutex	0.16 ms	1.54 ms	9.39 ms
pthread_mutex(recursive)	0.22 ms	1.85 ms	5.94 ms
NSLock	0.27 ms	2.73 ms	6.03 ms
NSCondition	0.31 ms	2.96 ms	12.76 ms
@synchronized	0.51 ms	2.64 ms	10.80 ms
NSRecursiveLock	0.51 ms	2.80 ms	6.70 ms
NSConditionLock	0.99 ms	6.28 ms	13.35 ms

参考文档：

细数iOS中的线程同步方案

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