iOS常见的锁机制、示例及原理分析

在iOS开发中，多线程安全是关键问题，锁机制用于保护临界区资源。以下是常见的锁机制、示例及原理分析：

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1. NSLock（互斥锁）

• 原理：基于pthread_mutex的封装，非递归锁。线程在获取锁失败时会休眠，等待唤醒。

• Objective-C：

  NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
  [lock lock];
  // 临界区代码
  [lock unlock];
  

• Swift：

  let lock = NSLock()
  lock.lock()
  defer { lock.unlock() }
  // 临界区代码
  

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2.  @synchronized

• 原理：基于objc_sync_enter和objc_sync_exit的递归锁，以传入对象为锁标识。

• Objective-C：

  @synchronized(self) {
      // 临界区代码
  }
  

• Swift（需手动调用）：

  objc_sync_enter(self)
  defer { objc_sync_exit(self) }
  // 临界区代码
  

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3. DispatchSemaphore（信号量）

• 原理：通过计数器控制访问，wait()减1，signal()加1，计数器为0时阻塞。

• Objective-C：

  dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
  dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
  // 临界区代码
  dispatch_semaphore_signal(semaphore);
  

• Swift：

  let semaphore = DispatchSemaphore(value: 1)
  semaphore.wait()
  defer { semaphore.signal() }
  // 临界区代码
  

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4. os_unfair_lock（替代OSSpinLock）

• 原理：低级锁，解决优先级反转问题，需手动管理，不可递归。

• Objective-C：

  #import <os/lock.h>
  os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
  os_unfair_lock_lock(&lock);
  // 临界区代码
  os_unfair_lock_unlock(&lock);
  

• Swift：

  var lock = os_unfair_lock()
  os_unfair_lock_lock(&lock)
  defer { os_unfair_lock_unlock(&lock) }
  // 临界区代码
  

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5. pthread_mutex（POSIX互斥锁）

• 原理：跨平台互斥锁，支持配置递归属性。

• Objective-C：

  pthread_mutex_t mutex;
  pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  // 临界区代码
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  pthread_mutex_destroy(&mutex);
  

• Swift（需桥接或使用C API）。

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6. NSRecursiveLock（递归锁）

• 原理：允许同一线程多次加锁，避免死锁。

• Objective-C：

  NSRecursiveLock *lock = [[NSRecursiveLock alloc] init];
  [lock lock];
  [lock lock]; // 重复加锁
  // 临界区代码
  [lock unlock];
  [lock unlock];
  

• Swift：

  let lock = NSRecursiveLock()
  lock.lock()
  defer { lock.unlock() }
  // 可重复加锁
  

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7. NSCondition（条件锁）

• 原理：结合锁和条件变量，用于线程间通信。

• Objective-C：

  NSCondition *condition = [[NSCondition alloc] init];
  [condition lock];
  while (!ready) [condition wait];
  // 执行操作
  [condition unlock];
  

• Swift：

  let condition = NSCondition()
  condition.lock()
  defer { condition.unlock() }
  while !ready { condition.wait() }
  // 执行操作
  

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锁的选择与性能

• 性能排序：os_unfair_lock > pthread_mutex > NSLock > @synchronized。
• 自旋锁：OSSpinLock因优先级反转被弃用，改用os_unfair_lock。
• 递归需求：使用NSRecursiveLock或配置pthread_mutex为递归属性。
• 线程通信：使用NSCondition或DispatchSemaphore。

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注意事项

1. 避免在锁内调用外部代码，防止死锁。
2. 确保加锁和解锁成对出现，使用defer（Swift）保证解锁。
3. 不要跨线程解锁os_unfair_lock，可能导致崩溃。

通过合理选择锁机制，可提升多线程安全性和性能。