iOS 锁总结(cc)
iOS中atomic和synchrosize锁的本质是什么?
在iOS中,atomic
和@synchronized
锁的本质涉及底层的多线程同步机制。以下是关于这两者本质的详细解释:
atomic
-
定义与用途:
atomic
是Objective-C属性修饰符的一种,用于指示属性的存取方法是线程安全的。- 当一个属性被声明为
atomic
时,编译器会生成线程安全的存取方法,以确保在多线程环境下该属性的访问不会导致数据竞争。
-
实现机制:
- 在Objective-C的运行时实现中(例如在objc4的实现里),
atomic
是通过自旋锁(spinlock_t)来实现的。 - 当一个线程尝试获取或设置
atomic
属性时,它会先获取自旋锁,执行操作后释放锁。这确保了同一时间只有一个线程能够访问该属性。
- 在Objective-C的运行时实现中(例如在objc4的实现里),
-
性能与限制:
- 虽然
atomic
能提供线程安全性,但它并不保证复合操作的原子性。例如,先检查后执行(check-then-act)的操作仍然可能不安全。 atomic
属性的存取操作相对于nonatomic
会有更高的性能开销,因为涉及到锁的获取和释放。
- 虽然
@synchronized
-
定义与用途:
@synchronized
是Objective-C中的一个指令,用于创建一个互斥锁(mutex)来保护特定代码段的执行,防止多个线程同时执行该段代码。- 它用于确保一段代码在同一时间只能被一个线程执行,从而避免数据竞争和条件竞争。
-
实现机制:
@synchronized
指令内部使用了一个互斥锁(mutex)来实现同步。- 当线程进入
@synchronized
代码块时,会尝试获取锁。如果锁已经被其他线程持有,则当前线程会阻塞,直到锁被释放。 - 一旦线程获取了锁,它就可以安全地执行
@synchronized
代码块中的代码。执行完毕后,锁会被自动释放。
-
性能与限制:
- 使用
@synchronized
可以确保线程安全,但也会引入一定的性能开销,特别是在高并发场景下。 - 与
atomic
不同,@synchronized
可以用于保护更复杂的操作或代码段,而不仅仅是单个属性的存取。
- 使用
总的来说,atomic
和@synchronized
在iOS中都是用于实现线程同步的机制,但它们的用途和实现方式有所不同。atomic
主要用于保护属性的线程安全存取,而@synchronized
则用于保护更广泛的代码段免受并发访问的影响。
扩展:
iOS中atomic属性的作用是什么?
synchronized锁的使用场景有哪些?
atomic和synchronized有何不同?
自旋锁
iOS中自己怎么实现一个自旋锁?
在iOS中,你可以使用OSSpinLock
来实现自旋锁,但需要注意的是,从iOS 10和macOS 10.12开始,Apple已经弃用了OSSpinLock
,因为它可能在高并发情况下导致优先级反转和其他问题。尽管如此,为了解释概念,我会首先展示一个基于OSSpinLock
的简单示例,然后提供一个使用pthread_spinlock_t
的替代方案。
使用OSSpinLock
(已弃用,不推荐使用)
Objective-C
复制代码
1
#import <libkern/OSSpinLock.h>
2
3
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
4
5
void criticalSection() {
6
OSSpinLockLock(&lock);
7
// 临界区代码
8
OSSpinLockUnlock(&lock);
9
}
使用pthread_spinlock_t
(推荐方法)
Objective-C
复制代码
1
#include <pthread.h>
2
3
pthread_spinlock_t spinlock;
4
5
// 初始化自旋锁
6
pthread_spin_init(&spinlock, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);
7
8
void criticalSection() {
9
pthread_spin_lock(&spinlock);
10
// 临界区代码
11
pthread_spin_unlock(&spinlock);
12
}
13
14
// 在不再需要锁时销毁它
15
pthread_spin_destroy(&spinlock);
在这个例子中,pthread_spinlock_t
是POSIX线程库提供的自旋锁类型。使用pthread_spin_init
函数初始化锁,并设置其为PTHREAD_PROCESS_PRIVATE
,这意味着锁只能在同一进程的线程之间共享。在临界区前后分别调用pthread_spin_lock
和pthread_spin_unlock
函数来加锁和解锁。最后,当锁不再需要时,应调用pthread_spin_destroy
来销毁锁。
使用std::atomic_flag
实现自旋锁(C++11及更高版本)
如果你在使用C++,并且你的编译器支持C++11或更高版本,你还可以使用std::atomic_flag
来实现一个简单的自旋锁:
C++
复制代码
1
#include <atomic>
2
#include <thread>
3
#include <chrono>
4
#include <iostream>
5
6
std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;
7
8
void criticalSection() {
9
while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire)) {
10
// 自旋等待锁被释放
11
std::this_thread::yield(); // 提示调度器当前线程愿意放弃当前CPU资源的占用
12
}
13
// 临界区代码
14
lock.clear(std::memory_order_release); // 释放锁
15
}
在这个C++示例中,std::atomic_flag
是一个原子的布尔类型,可以用作自旋锁的基础。test_and_set
方法尝试设置标志并返回其之前的值,如果返回true
,则表示锁已经被占用,当前线程需要继续自旋等待。一旦获取到锁,线程就可以安全地进入临界区。完成临界区的操作后,使用clear
方法来释放锁。
请注意,自旋锁适用于短时间的临界区保护,因为在等待锁的过程中,线程会持续消耗CPU资源。如果临界区的执行时间较长或者锁的竞争很激烈,使用其他类型的锁(如互斥锁ÿ
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