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【iOS】多线程锁问题总结

news 文章来源：https://blog.csdn.net/weixin_61639290/article/details/132011165 2025/5/10 22:07:35

文章目录

前言
- 1. 你理解的多线程
- - 优点
  - 缺点
- 2. atomic 和 nonatomic 的区别及其作用
- 3. GCD的队列类型 - 三种队列类型
- 4. GCD的死锁问题
- 5. 多线程之间的区别和联系
- 6. 进程和线程？
- - - 进程间的通信方式
    - 线程间的通信方式
- 6. iOS的线程安全手段如何保证

前言

iOS 锁和多线程的总结

1. 你理解的多线程

多线程是同时执行多个线程（子任务）的能力，用于提高程序性能和响应性。它允许在一个程序中并发地处理多个任务。

并发：在一个时间段多个线程同时进行，计算机通过切换不同的线程实现多线程任务。

优点

大大提高了程序的运行速度。
使用线程可以把占据时间较长的任务放到后面去处理，从而提升用户的体验。

缺点

如果有大量的线程,会影响性能,因为操作系统需要在它们之间切换。
更多的线程需要更多的内存空间。

2. atomic 和 nonatomic 的区别及其作用

atomic原子操作：加锁，保证setter和getter存取方法的线程安全（仅仅对setter和getter方法加锁）。因为线程加锁，别的线程访问当前属性的时候会先执行完属性当前的操作。

对同一对象的set和get的操作是顺序执行的。
速度不快，因为要保证操作整体完成。
线程安全，需要消耗大量系统资源为属性加锁。
使用atomic并不能保证绝对的线程安全，因为atomic仅仅是对系统生成的的setter和getter方法加锁，对于绝对保证线程安全的操作，需要使用更高级的方式处理，NSSpinLock, @syncronized 锁保证线程安全。

nanatomic非原子操作，不加锁，线程执行快，但是多个线程访问同一个属性可能产生crash。

不是默认的
速度更快，如果有两个线程访问同一个属性可能造成crash。
非线程安全

atomic与nonatom的主要区别就是系统自动生成的getter/setter方法不一样

atomic系统自动生成的getter/setter方法会进行加锁操作。
nonatomic系统自动生成的getter/setter方法不会进行加锁操作。

⚠️：atomic修饰的属性,系统生成的 getter/setter 会保证 get、set 操作的完整性，不受其他线程影响。比如，线程 A 的 getter 方法运行到一半，线程 B 调用了 setter：那么线程 A 的 getter 还是能得到一个完好无损的对象。

3. GCD的队列类型 - 三种队列类型

The main queue（主线程串行队列）与主线程功能相同，提交到main queue的任务会在主线程中执行。

dispatch_get_main_queue() 来获取

Global queue（全局并发队列) 全局并发队列由整个进程共享，有高中（默认是中）低和后台四个优先级别。

dispatch_get_global_queue() 可以设置优先级

Custom queue(自定义队列) 可以串行,也可以并发。

dispatch_queue_create()

4. GCD的死锁问题

概念：所谓死锁，通常是两个线程A和B都卡住了，A在等B，B在等A，互相等待到值死锁。

.主线程串行队列同步执行任务,在主线程运行时,会产生死锁

NSLog(@"1"); // 任务1
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{NSLog(@"2"); // 任务2
});
NSLog(@"3"); // 任务3

分析：

dispatch_sync表示是一个同步线程；
dispatch_get_main_queue表示运行在主线程中的主队列；
任务2是同步线程的任务。
任务3需要等待任务2结束之后再执行.

为什么造成死锁？

首先执行任务1，这是肯定没问题的，只是接下来，程序遇到了同步线程，那么它会进入等待，等待任务2执行完，然后执行任务3。但这是主队列，是一个特殊的串行队列,有任务来，当然会将任务加到队尾，然后遵循FIFO原则执行任务。那么，现在任务2就会被加到最后，任务3排在了任务2前面

任务3要等任务2执行完才能执行，任务2又排在任务3后面，意味着任务2要在任务3执行完才能执行，所以他们进入了互相等待的局面。【既然这样，那干脆就卡在这里吧】这就是死锁。

请添加图片描述

同步异步互相嵌套

// 同步 + 异步 互相嵌套产生死锁
- (void)sync_async {dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);NSLog(@"1"); // 任务1dispatch_async(queue, ^{NSLog(@"2"); // 任务2dispatch_sync(queue, ^{NSLog(@"3"); // 任务3});NSLog(@"4"); // 任务4});NSLog(@"5"); // 任务5
}

请添加图片描述
分析：首先通过自定义队列创建了dispatch_queue_create函数创建了一个DISPATCH_QUEUE_SERIAL的串行队列。

执行任务1.
遇到异步线程，将【任务2、同步线程、任务4】加入串行队列中。因为是异步线程，所以在主线程中的任务5不必等待异步线程中的所有任务完成；
因为任务5不必等待，所以2和5的输出顺序不能确定；
任务2执行完以后，遇到同步线程，这时，将任务3加入串行队列；
又因为任务4比任务3早加入串行队列，所以，任务3要等待任务4完成以后，才能执行。但是任务3所在的同步线程会阻塞，所以任务4必须等任务3执行完以后再执行。这就又陷入了无限的等待中，造成死锁。

主线程无限循环

- (void)async_loop {dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{NSLog(@"1"); // 任务1dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{NSLog(@"2"); // 任务2});NSLog(@"3"); // 任务3});NSLog(@"4"); // 任务4while (1) {}NSLog(@"5"); // 任务5// a打印 4 1 / 1 4 顺序不定   
}

打印结果： 4 1 / 1 4 顺序不定

分析：

先来看看都有哪些任务加入了Main Queue：【异步线程、任务4、死循环、任务5】。
在加入到Global Queue异步线程中的任务有：【任务1、同步线程、任务3】。
第一个就是异步线程，任务4不用等待，所以结果任务1和任务4顺序不一定。
任务4完成后，程序进入死循环，Main Queue阻塞。但是加入到Global Queue的异步线程不受影响，继续执行任务1后面的同步线程。
同步线程中，将任务2加入到了主线程，并且，任务3等待任务2完成以后才能执行。这时的主线程，已经被死循环阻塞了。所以任务2无法执行，当然任务3也无法执行，在死循环后的任务5也不会执行。

最终，只能得到1和4顺序不定的结果。

5. 多线程之间的区别和联系

在这里插入图片描述

GCD和NSOperation

GCD的执行效率更高，执行的是由Block构成的任务，是一个轻量级的数据结构，写起来更加方便
GCD只支持FIFO队列，NSOperationQueue可以通过设置最大并发数、设置优先级、添加依赖关系来调整执行顺序
NSOperation可以跨越队列设置依赖关系，GCD仅仅能通过栅栏等方法才能控制执行顺序
NSOperation更加面向对象，支持KVO，也可以通过继承等关系添加子类。
所以如果我们需要考虑异步操作之间的顺序行、依赖关系，比如多线程并发下载等等，就使用NSOperation

GCD 与 NSThread 的区别

NSThread 通过 @selector 指定要执行的方法，代码分散, 依靠的是NSObject的分类实现的线程之间的通讯，如果要开线程必须创建多个线程对象。经常只用的是[NSTread current] 查看当前的线程。
NSThread是一个控制线程执行的对象，它不如NSOperation抽象，通过它我们可以方便的得到一个线程，并控制它。但NSThread的线程之间的并发控制，是需要我们自己来控制的，可以通过NSCondition实现。
GCD 通过 block 指定要执行的代码，代码集中, 所有的代码写在一起的，让代码更加简单，易于阅读和维护,不需要管理线程的创建/销毁/复用的过程！程序员不用关心线程的生命周期

6. 进程和线程？

参考：进程和线程的概念、区别及进程线程间通信
1. 基本概念：

进程是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的基本单位，实现了操作系统的并发。
线程是进程的子任务，是CPU调度和分配的基本单位，用于保障程序执行的实时性，实现进程内部的并发。线程是操作系统可以识别的最小执行和调度单位。每个线程都肚子占用一个虚拟处理器等，每个线程完成不同的任务，但是共享同一地址空间（也就是同样的动态内存，映射文件，目标代码等等），打开的文件队列和其他内核资源。

2. 区别：

一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程依赖于进程而存在。
进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位
进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享进程的内存。（资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。同一进程中的多个线程共享代码段（代码和常量），数据段（全局变量和静态变量），扩展段（堆存储）。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量。）
进程间不会相互影响；线程：一个线程挂掉将导致整个进程挂掉

3. 通信方式：

进程间的通信方式

进程间通信主要包括管道、系统IPC（包括消息队列、信号量、信号、共享内存等）、以及套接字socket。
信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。

线程间的通信方式

临界区：通过多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问；
互斥量Synchronized/Lock：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问
信号量Semphare：为控制具有有限数量的用户资源而设计的，它允许多个线程在同一时刻去访问同一个资源，但一般需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。
事件(信号)，Wait/Notify：通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作进程间通信的方式：

6. iOS的线程安全手段如何保证

参考：iOS中有哪些技术可以保证线程安全？
问：1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源，比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件。当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题。此时，我们需要用线程锁来解决。

线程数据安全的方法：

natomic原子操作：使用atomic多线程原子性控制，atomic的原理给setter加上锁，getter不会加锁。
使用GCD实现atomic操作：给某字段的setter方法和getter方法加上同步队列；

- (void)setCount:(NSInteger)newcount
{dispatch_sync(_synQueue, ^{count = newcount;});
}
- (NSInteger)count
{__block NSInteger localCount;dispatch_sync(_synQueue, ^{localCount = count;});return localCount;
}

互斥锁能够有效的防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题，但是需要消耗大量的CPU资源。

互斥锁：使用互斥锁可以确保同一时间只有一个线程访问共享资源。例如@synchronized创建互斥锁

@synchronized (self) {// 访问共享资源的代码
}

自旋锁：自旋锁（Spin Lock）：自旋锁一种忙等待的锁，它会不断地尝试获取锁，直到成功为止。在Objective-C中，可以使用os_unfair_lock来创建自旋锁。
信号量（Semaphore）：信量是一种数器，用于控制同时访问某个资源的线程数量。

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 访问共享资源的代码
dispatch_semaphore_signal(semaphore);

串行队列：串行队列（Serial Queue）：使用串行队列可以确保任务按顺序执行，从而避多个线程同时访问共享资源。可以使用GCD(Grand Central Dispatch）来创建串行队列。

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.example.serialQueue DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(serialQueue, ^{// 访问共享资源的代码
});