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  • 可以使用信号量或者其他变量机制通知循环体停止,或者判断队列是否为空,若为空,直接break,退出循环.2.run中的死循环不是自旋锁,假如循环体内有资源竞争,给加了个锁,但这种锁也是互斥锁.python的锁使用的是...

    1.Python多线程run方法的中使用while循环时,如果在循环体没有使用停止程序机制,会一直运行下去.因此楼主如果想让编码方式得当,可以使用信号量或者其他变量机制通知循环体停止,或者判断队列是否为空,若为空,直接break,退出循环.

    2.run中的死循环不是自旋锁,假如循环体内有资源竞争,给加了个锁,但这种锁也是互斥锁.

    python的锁使用的是信号量semaphore,不是spinlock.

    // https://svn.python.org/projects/python/trunk/Python/thread_atheos.h

    static int fastmutex_lock(fastmutex_t * mutex)

    {

    atomic_t prev = atomic_add(&mutex->count, 1);

    if (prev > 0)

    return lock_semaphore(mutex->sem);

    return 0;

    }

    自旋锁:多线程同时访问同一个资源,为防止资源的读取修改不一致设置的一种锁,如果线程访问资源时,已经有线程占有资源,那么后者线程会等待当前线程释放资源,此时后者(不休眠)一直运行CPU检测前者占有资源是否释放,这种后者访问并一直检测资源占有的机制就是自旋锁.

    互斥锁:目的和自旋锁一样,但机制不一样,当线程占用资源后,加上锁,后者线程访问时,由于资源被占有,转入休眠(sleep)状态,等资源被释放后,通过信号量通知排队等候的线程。

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  • 无并发,不编程.提到多线程就很难绕开锁.iOS开发中较常见的两类锁:1....自旋锁较适用于锁的持有者保存时间较短的情况下,实际使用中互斥锁会用的多一些.1. 互斥锁,信号量1.遵守NSLocking协议的四种...

    无并发,不编程.提到多线程就很难绕开锁.

    iOS开发中较常见的两类锁:

    1. 互斥锁: 同一时刻只能有一个线程获得互斥锁,其余线程处于挂起状态.

    2. 自旋锁: 当某个线程获得自旋锁后,别的线程会一直做循环,尝试加锁,当超过了限定的次数仍然没有成功获得锁时,线程也会被挂起.

    自旋锁较适用于锁的持有者保存时间较短的情况下,实际使用中互斥锁会用的多一些.

    1. 互斥锁,信号量

    1.遵守NSLocking协议的四种锁

    四种锁分别是:

    NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock、NSCondition

    NSLocking协议public protocol NSLocking {

    public func lock()

    public func unlock()

    }

    下面举个多个售票点同时卖票的例子var ticket = 20

    var lock = NSLock()

    override func touchesBegan(_ touches: Set, with event: UIEvent?) {

    let thread1 = Thread(target: self, selector: #selector(saleTickets), object: nil)

    thread1.name = "售票点A"

    thread1.start()

    let thread2 = Thread(target: self, selector: #selector(saleTickets), object: nil)

    thread2.name = "售票点B"

    thread2.start()

    }

    @objc private func saleTickets() {

    while true {

    lock.lock()

    Thread.sleep(forTimeInterval: 0.5) // 模拟延迟

    if ticket > 0 {

    ticket = ticket - 1

    print("\(String(describing: Thread.current.name!)) 卖出了一张票,当前还剩\(ticket)张票")

    lock.unlock()

    }else {

    print("oh 票已经卖完了")

    lock.unlock()

    break;

    }

    }

    }

    遵守协议后实现的两个方法lock()和unlock(),意如其名.

    除此之外NSLock、NSConditionLock、NSRecursiveLock、NSCondition四种互斥锁各有其实现:

    1. 除NSCondition外,三种锁都有的两个方法:// 尝试去锁,如果成功,返回true,否则返回false

    open func `try`() -> Bool

    // 在limit时间之前获得锁,没有返回NO

    open func lock(before limit: Date) -> Bool

    2. NSCondition条件锁:// 当前线程挂起

    open func wait()

    // 当前线程挂起,设置一个唤醒时间

    open func wait(until limit: Date) -> Bool

    // 唤醒在等待的线程

    open func signal()

    // 唤醒所有NSCondition挂起的线程

    open func broadcast()

    当调用wait()之后,NSCondition实例会解锁已有锁的当前线程,然后再使线程休眠,当被signal()通知后,线程被唤醒,然后再给当前线程加锁,所以看起来好像wait()一直持有该锁,但根据苹果文档中说明,直接把wait()当线程锁并不能保证线程安全.

    3. NSConditionLock条件锁:

    NSConditionLock是借助NSCondition来实现的,在NSCondition的基础上加了限定条件,可自定义程度相对NSCondition会高些.// 锁的时候还需要满足condition

    open func lock(whenCondition condition: Int)

    // 同try,同样需要满足condition

    open func tryLock(whenCondition condition: Int) -> Bool

    // 同unlock,需要满足condition

    open func unlock(withCondition condition: Int)

    // 同lock,需要满足condition和在limit时间之前

    open func lock(whenCondition condition: Int, before limit: Date) -> Bool

    4. NSRecurisiveLock递归锁:

    定义了可以多次给相同线程上锁并不会造成死锁的锁.

    提供的几个方法和NSLock类似.

    2. GCD的DispatchSemaphore和栅栏函数

    1. DispatchSemaphore信号量:

    DispatchSemaphore中的信号量,可以解决资源抢占的问题,支持信号的通知和等待.每当发送一个信号通知,则信号量+1;每当发送一个等待信号时信号量-1,如果信号量为0则信号会处于等待状态.直到信号量大于0开始执行.所以我们一般将DispatchSemaphore的value设置为1.

    下面给出了DispatchSemaphore的封装类class GCDSemaphore {

    // MARK: 变量

    fileprivate var dispatchSemaphore: DispatchSemaphore!

    // MARK: 初始化

    public init() {

    dispatchSemaphore = DispatchSemaphore(value: 0)

    }

    public init(withValue: Int) {

    dispatchSemaphore = DispatchSemaphore(value: withValue)

    }

    // 执行

    public func signal() -> Bool {

    return dispatchSemaphore.signal() != 0

    }

    public func wait() {

    _ = dispatchSemaphore.wait(timeout: DispatchTime.distantFuture)

    }

    public func wait(timeoutNanoseconds: DispatchTimeInterval) -> Bool {

    if dispatchSemaphore.wait(timeout: DispatchTime.now() + timeoutNanoseconds) == DispatchTimeoutResult.success {

    return true

    } else {

    return false

    }

    }

    }

    2. barrier栅栏函数:

    栅栏函数也可以做线程同步,当然了这个肯定是要并行队列中才能起作用.只有当当前的并行队列执行完毕,才会执行栅栏队列./// 创建并发队列

    let queue = DispatchQueue(label: "queuename", attributes: .concurrent)

    /// 异步函数

    queue.async {

    for _ in 1...5 {

    print(Thread.current)

    }

    }

    queue.async {

    for _ in 1...5 {

    print(Thread.current)

    }

    }

    /// 栅栏函数

    queue.async(flags: .barrier) {

    print("barrier")

    }

    queue.async {

    for _ in 1...5 {

    print(Thread.current)

    }

    }

    3. 其他的互斥锁

    1. pthread_mutex互斥锁

    pthread表示POSIX thread,跨平台的线程相关的API,pthread_mutex也是一种互斥锁,互斥锁的实现原理与信号量非常相似,阻塞线程并睡眠,需要进行上下文切换.

    一般情况下,一个线程只能申请一次锁,也只能在获得锁的情况下才能释放锁,多次申请锁或释放未获得的锁都会导致崩溃.假设在已经获得锁的情况下再次申请锁,线程会因为等待锁的释放而进入睡眠状态,因此就不可能再释放锁,从而导致死锁.

    这边给出了一个基于pthread_mutex_t(安全的"FIFO"互斥锁)的基本封装 MutexLock

    1. @synchronized条件锁

    日常开发中最常用的应该是@synchronized,这个关键字可以用来修饰一个变量,并为其自动加上和解除互斥锁.这样,可以保证变量在作用范围内不会被其他线程改变.但是在swift中它已经不存在了.其实@synchronized在幕后做的事情是调用了objc_sync中的objc_sync_enter和objc_sync_exit 方法,并且加入了一些异常判断.

    因此我们可以利用闭包自己封装一套.func synchronized(lock: AnyObject, closure: () -> ()) {

    objc_sync_enter(lock)

    closure()

    objc_sync_exit(lock)

    }

    // 使用

    synchronized(lock: AnyObject) {

    // 此处AnyObject不会被其他线程改变

    }

    2. 自旋锁

    1. OSSpinLock自旋锁

    执行效率最高的锁,不过在iOS10.0以后废弃了这种锁机制,使用os_unfair_lock替换,

    顾名思义能够保证不同优先级的线程申请锁的时候不会发生优先级反转问题.

    2. os_unfair_lock自旋锁

    对于os_unfair_lock,非FIFO的锁,苹果为了取代OSSPinLock新出的一个锁,一个高级的能够避免优先级带来的死锁问题的一个锁,OSSPinLock之前就爆出在iOS平台有由于优先级造成死锁的问题).

    注意: 这个锁适用于小场景下的一个高效锁,否则会大量消耗cpu资源.var unsafeMutex = os_unfair_lock()

    os_unfair_lock_lock(&unsafeMutex)

    os_unfair_lock_trylock(&unsafeMutex)

    os_unfair_lock_unlock(&unsafeMutex)

    这边给出了基于os_unfair_lock的封装 MutexLock

    3. 性能比较

    这边贴一张大神ibireme在iPhone6、iOS9对各种锁的性能测试图

    作者:Dariel

    链接:https://www.jianshu.com/p/a321377c5639

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  • 线程同步(Thread Synchronization)是并行编程中非常重要的通讯手段,其中最典型的应用就是用Pthreads提供的机制(lock)来对多个线程之间共 享的临界区(Critical Section)进行保护(另一种常用的同步机制是barrier)。...

    摘要:POSIX threads(简称Pthreads)是在多核平台上进行并行编程的一套常用的API。线程同步(Thread Synchronization)是并行编程中非常重要的通讯手段,其中最典型的应用就是用Pthreads提供的锁机制(lock)来对多个线程之间共 享的临界区(Critical Section)进行保护(另一种常用的同步机制是barrier)。Pthreads提供了多种锁机制:Mu

    POSIX threads(简称Pthreads)是在多核平台上进行并行编程的一套常用的API。线程同步(Thread Synchronization)是并行编程中非常重要的通讯手段,其中最典型的应用就是用Pthreads提供的锁机制(lock)来对多个线程之间共 享的临界区(Critical Section)进行保护(另一种常用的同步机制是barrier)。

    Pthreads提供了多种锁机制:

    Mutex(互斥量):pthread_mutex_***

    Spin lock(自旋锁):pthread_spin_***

    Condition Variable(条件变量):pthread_con_***

    Read/Write lock(读写锁):pthread_rwlock_***

    Pthreads提供的Mutex锁操作相关的API主要有:

    pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);

    pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);

    pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);

    Pthreads提供的与Spin Lock锁操作相关的API主要有:

    pthread_spin_lock (pthread_spinlock_t *lock);

    pthread_spin_trylock (pthread_spinlock_t *lock);

    pthread_spin_unlock (pthread_spinlock_t *lock);

    从实现原理上来讲,Mutex属于sleep-waiting类型的锁。例如在一个双核的机器上有两个线程(线程A和线程B),它们分别运行在Core0和 Core1上。假设线程A想要通过pthread_mutex_lock操作去得到一个临界区的锁,而此时这个锁正被线程B所持有,那么线程A就会被阻塞 (blocking),Core0 会在此时进行上下文切换(Context Switch)将线程A置于等待队列中,此时Core0就可以运行其他的任务(例如另一个线程C)而不必进行忙等待。而Spin lock则不然,它属于busy-waiting类型的锁,如果线程A是使用pthread_spin_lock操作去请求锁,那么线程A就会一直在 Core0上进行忙等待并不停的进行锁请求,直到得到这个锁为止。

    自旋锁(Spin lock)

    自旋锁与互斥锁有点类似,只是自旋锁不会引起调用者睡眠,如果自旋锁已经被别的执行单元保持,调用者就一直循环在那里看是 否该自旋锁的保持者已经释放了锁,”自旋”一词就是因此而得名。其作用是为了解决某项资源的互斥使用。因为自旋锁不会引起调用者睡眠,所以自旋锁的效率远 高于互斥锁。虽然它的效率比互斥锁高,但是它也有些不足之处:

    自旋锁一直占用CPU,他在未获得锁的情况下,一直运行--自旋,所以占用着CPU,如果不能在很短的时 间内获得锁,这无疑会使CPU效率降低。

    在用自旋锁时有可能造成死锁,当递归调用时有可能造成死锁,调用有些其他函数也可能造成死锁,如 copy_to_user()、copy_from_user()、kmalloc()等。

    因此我们要慎重使用自旋锁,自旋锁只有在内核可抢占式或SMP的情况下才真正需要,在单CPU且不可抢占式的内核下,自旋锁的操作为空操作。自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况下。

    自旋锁的用法如下:

    首先定义:spinlock_t x;

    然后初始化:spin_lock_init(spinlock_t *x);   //自旋锁在真正使用前必须先初始化

    在2.6.11内核中将定义和初始化合并为一个宏:DEFINE_SPINLOCK(x)

    获得自旋锁:spin_lock(x);   //只有在获得锁的情况下才返回,否则一直“自旋”spin_trylock(x);  //如立即获得锁则返回真,否则立即返回假

    释放锁:spin_unlock(x);

    结合以上有以下代码段:

        spinlock_t lock;        //定义一个自旋锁
        spin_lock_init(&lock);
        spin_lock(&lock);    
        .......        //临界区
        spin_unlock(&lock);   //释放锁

     还有一些其他用法:

    spin_is_locked(x)
    //该宏用于判断自旋锁x是否已经被某执行单元保持(即被锁),如果是,   返回真,否则返回假。
    
    spin_unlock_wait(x)
    //该宏用于等待自旋锁x变得没有被任何执行单元保持,如果没有任何执行单元保持该自旋锁,该宏立即返回,否将循环在那里,直到该自旋锁被保持者释放。
    
    spin_lock_irqsave(lock, flags)
    //该宏获得自旋锁的同时把标志寄存器的值保存到变量flags中并失效本地中断。相当于:spin_lock()+local_irq_save()
    
    spin_unlock_irqrestore(lock, flags)
    //该宏释放自旋锁lock的同时,也恢复标志寄存器的值为变量flags保存的//值。它与spin_lock_irqsave配对使用。相当于:spin_unlock()+local_irq_restore()
    
    spin_lock_irq(lock)
    //该宏类似于spin_lock_irqsave,只是该宏不保存标志寄存器的值。相当于:spin_lock()+local_irq_disable()
    
    spin_unlock_irq(lock)
    //该宏释放自旋锁lock的同时,也使能本地中断。它与spin_lock_irq配对应用。相当于: spin_unlock()+local_irq+enable()
    
    spin_lock_bh(lock)
    //该宏在得到自旋锁的同时失效本地软中断。相当于:spin_lock()+local_bh_disable()
    
    spin_unlock_bh(lock)
    //该宏释放自旋锁lock的同时,也使能本地的软中断。它与spin_lock_bh配对使用。相当于:spin_unlock()+local_bh_enable()
    
    spin_trylock_irqsave(lock, flags)
    //该宏如果获得自旋锁lock,它也将保存标志寄存器的值到变量flags中,并且失效本地中断,如果没有获得锁,它什么也不做。因此如果能够立即 获得锁,它等同于spin_lock_irqsave,如果不能获得锁,它等同于spin_trylock。如果该宏获得自旋锁lock,那需要 使用spin_unlock_irqrestore来释放。
    
    spin_trylock_irq(lock)
    //该宏类似于spin_trylock_irqsave,只是该宏不保存标志寄存器。如果该宏获得自旋锁lock,需要使用spin_unlock_irq来释放。
    
    spin_trylock_bh(lock)
    
    //该宏如果获得了自旋锁,它也将失效本地软中断。如果得不到锁,它什么也不做。因此,如果得到了锁,它等同于spin_lock_bh,如果得 不到锁,它等同于spin_trylock。如果该宏得到了自旋锁,需要使用spin_unlock_bh来释放。
    
    spin_can_lock(lock)
    //该宏用于判断自旋锁lock是否能够被锁,它实际是spin_is_locked取反。如果lock没有被锁,它返回真,否则,返回 假。该宏在2.6.11中第一次被定义,在先前的内核中并没有该宏。

    自旋锁的获得和释放有多种方法,要根据场合选择.

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  • 自旋和互斥锁

    2021-09-21 17:22:05
    我们知道互斥锁的概念经常 进程(同步)通信 线程同步 等联系起来。自旋锁常常在内核同步的内容中。 实现原理: 在实现机制上,互斥锁属于sleep-waiting(睡眠等待)类型的锁。 自旋锁则不然,它属于busy-...

    背景

    我们知道互斥锁的概念经常和 进程(同步)通信 和 线程同步 等联系起来。自旋锁常常在内核同步的内容中。

    实现原理:

    在实现机制上,互斥锁属于sleep-waiting(睡眠等待)类型的锁。

    自旋锁则不然,它属于busy-waiting(忙等待)类型的锁。

    例如在一个双核的机器上有两个线程(线程A和线程B),它们分别运行在A和 B上。我们从线程来了解。

    假设线程A想要通过pthread_mutex_lock操作去得到一个临界区的锁,而此时这个锁正被线程B所持有,那么线程A就会被阻塞 (blocking),A会在此时进行上下文切换(Context Switch)将线程A置于等待队列中,此时A就可以运行其他的任务(例如另一个线程C)而不必进行忙等待。

    而如果线程A是使用自旋锁使用pthread_spin_lock操作去请求锁,那么线程A就会一直在 A 上进行忙等待并不停的进行锁请求,直到得到这个锁为止。

    忙等待和睡眠等待

    这里自旋锁和互斥锁的区别主要来自于这两个机制。

    忙等待会占用CPU,该线程不断轮询。

    睡眠会将该线程放入等待队列,然后进入休眠,该进程的其他线程可以运行。睡眠和唤醒

    内部

    未获取自旋锁的线程会一直尝试加锁直到成功获取自旋锁,期间不允许其他线程运行

    未获取互斥锁的线程会休眠,使得其他线程可以马上运行。但是线程的休眠和唤醒是相当昂贵的操作,需要大量的CPU指令,会花费很多时间。

    互斥锁的存在的问题:如果只是锁住很短的一段时间,使线程休眠,并将它唤醒的时间  会比该线程睡眠的时间还要长,比自旋锁轮询的时间还长。

    自旋锁的问题:自旋锁被持有时间太长,其他尝试获取自旋锁的线程会一直处于轮询自旋锁的状态,非常浪费CPU时间,这个时候让该线程睡眠会是更好的选择。

     优缺点


    自旋锁的使用场景:


    1、线程等待锁的时间较短

    2、加锁的代码被频繁访问,竞争不激烈

    3、CPU资源不紧张

    4、多核处理器

    互斥锁的使用场景:


    1、线程等待锁的时间较长

    2、单核处理器

    3、临界区有IO等耗时操作

    4、临界区操作复杂或者有大量循环

    5、临界区竞争非常激烈
     

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