二、说说线程同步

线程同步概念想要解决的问题？

应用程序里面多个线程的存在引发了多个执行线程安全访问资源的潜在问题。两个线程同时修改同一资源有可能以意想不到的方式互相干扰。这个现象被称为"数据竞争"。

线程之间不能且不应该是完全独立的，互不干扰的（要不设计来干嘛？）。所以在线程必须交互的情况下，你需要使用同步工具，来确保当它们交互的时候是安全的。

同步工具

为了防止不同线程意外修改数据，你可以设计你的程序没有同步问题，或你也可以使用同步工具。尽管完全避免出现同步问题相对更好一点，但是几乎总是无法实现。

1.原子操作

原子操作是同步的一个简单的形式，它处理简单的数据类型。原子操作的优势是它们不妨碍竞争的线程。对于简单的操作，比如递增一个计数器，原子操作比使用锁具有更高的性能优势。

2.内存屏障和Volatile变量

内存屏障（memory barrier）是一个使用来确保内存操作按照正确的顺序工作的非阻塞的同步工具。内存屏障的作用就像一个栅栏，迫使处理器来完成位于障碍前面的任何加载和存储操作，才允许它执行位于屏障之后的加载和存储操作。内存屏障同样使用来确保一个线程（但对另外一个线程可见）的内存操作总是按照预定的顺序完成。如果在这些地方缺少内存屏障有可能让其他线程看到看似不可能的结果（比如，内存屏障的维基百科条目）。为了使用一个内存屏障，你只要在你代码里面需要的地方简单的调用OSMemoryBarrier函数。

Volatile 变量适用于独立变量的另一个内存限制类型。编译器优化代码通过加载这些变量的值进入寄存器。对于本地变量，这通常不会有什么问题。但是如果一个变量对另外一个线程可见，那么这种优化可能会阻止其他线程发现变量的任何变化。在变量之前加上关键字volatile可以强制编译器每次使用变量的时候都从内存里面加载。如果一个变量的值随时可能给编译器无法检测的外部源更改，那么你可以把该变量声明为volatile变量。

因为内存屏障和volatile变量降低了编译器可执行的优化，因此你应该谨慎使用它们，只在有需要的地方时候，以确保正确性。

3.锁

• Mutex（互斥锁）

一个互斥锁对于资源来说很像是一个保护性的barrier。它是一种信号量机制，在同一时间只允许一个进程来访问资源。如果一个互斥锁正在被一个线程获取使用，另外一个线程如果想要使用的话就必须等待holder线程释放这个锁。多个一期请求的时候也只会有一个被赋予权限。

• Recursive lock（递归锁）

递归锁其实是互斥锁的一个变种。就是一个线程可以多次持有一个锁，其它线程像访问的时候，这个线程必须把这个多次持有都释放了。应用场景是多个方法，每个都要单独获取锁。

• Read-write lock（读写锁）

共享互斥锁。这个在客户端和服务端有不同，对服务端而言，一个连接或者请求就是一个并发操作，而客户端，因为只有一个人，并发操作多指一个程序进程内的多个场景。就是多个读操作可以一起整，而写操作就必须等所有读操作都完了。共享，并互斥。只有POSIX threads才支持。

• Distributed lock（分布锁）

提供了process级别的互斥access。它不会真的把process锁住。只是提个建议，告诉process自己最近很忙，要不要停一停。

• Spin lock（自旋锁）

它会反复poll自己的lock conditon，直到lock conditon 变成 true。多是设计多核心应用切换时候用的。

• Double-checked lock（双重检查锁）

来回监测，不安全，系统不提供

4.条件

条件是信号量的另外一个形式，它允许在条件为真的时候线程间互相发送信号。条件通常被使用来说明资源可用性，或用来确保任务以特定的顺序执行。当一个线程测试一个条件时，它会被阻塞直到条件为真。它会一直阻塞直到其他线程显式的修改信号量的状态。条件和互斥锁(mutex lock)的区别在于多个线程被允许同时访问一个条件。条件更多是允许不同线程根据一些指定的标准通过的守门人。

一个方式是你使用条件来管理挂起事件的池。事件队列可能使用条件变量来给等待线程发送信号，此时它们在事件队列中的时候。如果一个事件到达时，队列将给条件发送合适信号。如果一个线程已经处于等待，它会被唤醒，届时它将会取出事件并处理它。如果两个事件到达队列的时间大致相同，队列将会发送两次信号唤醒两个线程。

系统通过几个不同的技术来支持条件。

5.执行slector

Cocoa程序包含了一个在一个线程以同步的方式传递消息的方便方法。NSObject类声明方法来在应用的一个活动线程上面执行selector的方法。这些方法允许你的线程以异步的方式来传递消息，以确保它们在同一个线程上面执行是同步的。比如，你可以通过执行selector消息来把一个从你分布计算的结果传递给你的应用的主线程或其他目标线程。每个执行selector的请求都会被放入一个目标线程的run loop的队列里面，然后请求会按照它们到达的顺序被目标线程有序的处理。

同步的成本

同步帮助确保你代码的正确性，但同时将会牺牲部分性能。甚至在无竞态的情况下，同步工具的使用将在后面介绍。锁和原子操作通常包含了内存屏障和内核级别同步的使用来确保代码正确被保护。如果，发生锁的争夺，你的线程有可能进入阻塞，在体验上会产生更大的迟延。

• mutex获得时间（0.2ms）

这个时间是没有竞争条件下的。如果lock被另一个线程持有，时间就更长了。

• Atomic compare-and-swap（0.05）

如何进行同步（注意事项）

• 当心死锁和活锁

死锁：当两个不同的线程分别保持一个锁（而该锁是另外一个线程需要的）又试图获得另外线程保持的锁时就会发生死锁。结果是每个线程都会进入持久性阻塞状态，因为它永远不可能获得另外那个锁。

活锁：当两个线程竞争同一个资源的时候就可能发生活锁。在发生活锁的情况里，一个线程放弃它的第一个锁并试图获得第二个锁。一旦它获得第二个锁，它返回并试图再次获得一个锁。线程就会被锁起来，因为它花费所有的时间来释放一个锁，并试图获取其他锁，而不做实际的工作。

• 正确使用Volatile变量

如果你已经使用了一个互斥锁来保护一个代码段，不要自动假设你需要使用关键词volatile来保护该代码段的重要的变量。一个互斥锁包含了内存屏障来确保加载和存储操作是按照正确顺序的。在一个临界区添加关键字volatile到变量上面会强制每次访问该变量的时候都要从内存里面从加载。这两种同步技巧的组合使用在一些特定区域是必须的，但是同样会导致显著的性能损失。如果单独使用互斥锁已经可以保护变量，那么忽略关键字volatile。

为了避免使用互斥锁而不使用volatile变量同样很重要。通常情况下，互斥锁和其他同步机制是比volatile变量更好的方式来保护数据结构的完整性。关键字volatile只是确保从内存加载变量而不是使用寄存器里面的变量。它不保证你代码访问变量是正确的。

• 使用NSLock或相关协议类

互斥锁要注意的是同一个锁对象，被多个线程获取的时候，多个线程都需要等待释放，才能分配执行。@synchorize其实是和NSLock一样的东西，获取了一个对象相关连的锁， 但是编译阶段优化回去还是个mutex。当一个线程想要多次获得一个锁对象的时候要用递归锁，要不就deadlock，大家可以挑一个。

• @synchorize

功能上像个语法糖。使用起来很简单。但是有这么个过程，就是作为一种预防措施，@synchronized块隐式的添加一个异常处理例程来保护代码。该处理例程会在异常抛出的时候自动的释放互斥锁。这意味着为了使用@synchronized指令，你必须在你的代码中启用异常处理。了如果你不想让隐式的异常处理例程带来额外的开销，你应该考虑使用锁的类。

• 使用条件

下篇有个简单的例子

• 信号量机制

逻辑上是个PV操作可控制的值，具体使用就很多了。希望有机会补上。