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多线程同步问题

iShown
 iShown
发布于 2015/11/12 22:35
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1:原子操作 - OSAtomic系列函数

iOS平台下的原子操作函数都以OSAtomic开头,使用时需要包含头文件<libkern/OSBase.h>。 不同线程如果通过原子操作函数对同一变量进行操作,可以保证一个线程的操作不会影响到其他线程内对此变量的操作,因为这些操作都是原子式的。因为原子操作 只能对内置类型进行操作,所以原子操作能够同步的线程只能位于同一个进程的地址空间内。

2:锁 - NSLock系列对象

iOS 平台下的锁对象为NSLock对象,进入锁通过调用lock函数,解锁调用unlock函数(因为iOS中大部分的线程同步类都继承自NSLocking 协议,所以其加锁/解锁的操作基本都为lock/unlock函数),同一个NSLock对象成功调用lock函数后,在其显式unlock之前任何线程 都不能再对此NSLock对象加锁,以达到互斥访问的目的。除了lock函数,对NSLock加锁的函数还包括tryLock以及 lockBeforeDate函数,lock函数在成功加锁之间会一直阻塞,而tryLock会尝试加锁,如果不成功,不会阻塞,而是直接返回 NO,lockBeforeDate则是阻塞到传入的NSDate日期为止。

除 了NSLock,iOS还提供了NSRecursive、NSConditionLock类型的锁类型。NSRecursive与NSLock最大的区别 就是NSRecursive是可重入的,也就是说一个线程可以对一个NSRecursive对象多次调用lock,只要解锁时调用相同次数的unlock 函数便可。NSConditionLock是一种带有条件的锁对象,除了基本的lock与unlock函数,还提供了lockWithCondition 以及unlockWithCondition,这两个函数接收整型类型的数据作为参数,只有当一个unlockWithCondition对象被调用时, 对应的lockWithCondition才会正常返回。这种机制在需几多个线程顺序化的完成某个任务时比较有用,例程如下:

[plain] view plaincopy

  1. //线程A  

  2. id condLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:NO_DATA];  

  3.    

  4. while(true)  

  5. {  

  6.     [condLock lock];  

  7.     /* Add data to the queue. */  

  8.     [condLock unlockWithCondition:HAS_DATA];  

  9. }  

[plain] view plaincopy

  1. //线程B  

  2. while (true)  

  3. {  

  4.     [condLock lockWhenCondition:HAS_DATA];  

  5.     /* Remove data from the queue. */  

  6.     [condLock unlockWithCondition:(isEmpty ? NO_DATA : HAS_DATA)];  

  7.    

  8.     // Process the data locally.  

  9. }  


除了显示的生成NSLock系列对象,还可以通过将代码放到@synchronized内来达到同步的目的,一段放入其内的代码,不同的线程是不能重入的例如:

[plain] view plaincopy

  1. - (void)myMethod:(id)anObj  

  2. {  

  3.     @synchronized(anObj)  

  4.     {  

  5.         //此处代码在同一时刻只能有一个线程执行.  

  6.     }  

  7. }  


NSLock系列对象都是可以具名的,也就是说,这些对象可以用于不同进程内部的线程的同步。

3:事件 - NSCondtion

NSConditon 类型提供了wait与signal函数,分别代表了等待事件的操作以及触发事件的操作。除了wait函数,NSCondition还提供了 waitUntilDate函数,其功能与NSLock中的lockBeforeDate大致相同,简要来说就是提供了一个带超时的wait函数。

虽然NSCondition与Windows环境下Event类型所完成的功能大致类似,但对一个熟悉Event类型的开发人员来说,NSConditon的行为会有点奇怪:

第一点: 因为遵循NSLocking协议,所以NSCondition在触发与等待过程的前后要分别调用lock与unlock函数,前面提到过,当一个遵循 NSLocking协议的对象调用lock后,其他的对此对象的lock调用都会阻塞。那么,如果两个线程A和B,A要触发事件,B接收事件,B线程在调 用lock后,通过调用wait函数进入等待事件触发的状态,那么,A线程岂不是再也没有机会对这个事件进行触发了(因为此对象已经被B线程lock)? 秘密就在于wait函数的调用,其实,在wait函数内部悄悄的调用了unlock函数,也就是说在调用wati函数后,这个NSCondition对象 就处于了无锁的状态,这样A线程就可以对此对象加锁并触发该NSCondition对象。当一个事件被其他线程触发时,在wait函数内部得到此事件被触 发的通知,然后对此事件重新调用lock函数,然后函数返回,而在函数外部,看起来好像接收事件的线程从来没有放开NSCondition对象的所有 权,B线程直接由阻塞状态进入了触发状态。

第二点: 当有多个线程进入阻塞状态,等待同一个AutoReset的Event对象被触发时,在Windows环境下唤醒哪一个线程是没有固定的顺序的,也就是说 操作系统对唤醒哪一个线程不会提供任何的保证。而在iOS平台上,经过笔者测试,其被触发的顺序与,并且只与调用wait函数的顺序相关,与其他(比如线 程优先级)条件没有关系。这一点在开发时需要进行额外的考虑。

第三点:wait函数并不是完全可信的。这一点比较让人蛋疼,也就是说wait返回后,并不代表对应的事件一定被触发了,因此,为了保证线程之间的同步关系,使用NSCondtion时往往需要加入一个额外的变量来对非正常的wait返回进行规避。具体示例代码如下:

[plain] view plaincopy

  1. //等待事件触发的线程  

  2. [cocoaCondition lock];  

  3. while (timeToDoWork <= 0)  

  4.     [cocoaCondition wait];  

  5.    

  6. timeToDoWork--;  

  7.    

  8. // Do real work here.  

  9.    

  10. [cocoaCondition unlock];  

  11.   

  12. //出发事件的线程  

  13. [cocoaCondition lock];  

  14. timeToDoWork++;  

  15. [cocoaCondition signal];  

  16. [cocoaCondition unlock];  



个timeToDoWork就是那个额外需要的变量,在NSCondition的使用中,这个变量是必不可少的。

NSConditon对象也是具名的,也就是说,其可于不同进程内部的线程同步。



相较于Windows平台下提供的丰富的线程同步机制,iOS下的线程同步机制稍显单薄,但也正是这种简洁简化了其使用。



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