在上一篇文章中,主要讲解了多线程相关的一些概念,包括线程、多线程编程及优缺点,现在我们就来深入探讨一下安全隐患中的数据竞争问题。
数据竞争是指不同的线程,对同一个数据都具有修改权限,假如都对数据进行更新,可能会造成数据紊乱,出现错误的结果。
经典案例
案例1.银行存取款。
存钱和取钱都需要先将用户余额取出,然后对其进行加减操作,再将余额存进账户中。这里就会存在不同的线程同时更新余额,导致数据不准确。我们以银行存款为例,加入初始有100元。
代码如下:
- (void)moneyTest
{
//初始余额
_money = 100;
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
//模拟存钱
for (int i = 0; i < 10; i++) {
//每次存钱在不同的线程中操作
dispatch_async(queue, ^{
[self saveMoney];
});
}
}
/// 存钱
- (void)saveMoney
{
NSInteger oldMoeny = _money;
//休眠0.2s,为了保证不同线程拿到的数据都是一样的
sleep(0.2);
oldMoeny += 100;
_money = oldMoeny;
NSLog(@"存入100元,余额:%ld元,线程编号:%@",_money,[NSThread currentThread]);
}
执行以上代码,按照正常逻辑,最终的结果应该是1100元,但是会发现每次结果都不一样,结果往往比1100要小。
究其原因就是因为不同的线程,对相同的数据源进行了更新,导致数据冲突,我们称之为数据竞争。
用下面这幅图来展示这个过程,会更加清晰一些:
由于我们在存钱过程中,让每条线程拿到数据后,特意休眠0.2s,就导致不同的线程拿到的数据很可能是一样的,比如刚开始时是100。然后对其进行加100的操作,修改完后再入库。其结果直接覆盖掉上一次的数据。也就是说,你有一次存的100块钱,被银行给黑了,你开心吗?当然不开心。
案例2. 卖票系统。
卖票其实原理和存钱是一样的,唯一不同的地方在于存钱是加,卖票是减操作而已。
假如初始有100张票,每次卖10张,有10个窗口同时在卖票。
- (void)ticketTest
{
//初始100张票
_ticketCount = 100;
_lock = [[NSLock alloc]init];
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
//10个窗口,相当于10条线程在卖票
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
[self _sellTicket];
});
};
}
///卖票
- (void)_sellTicket
{
NSInteger oldCount = _ticketCount;
//休眠0.2s,为了保证不同线程拿到的数据都是一样的
sleep(.2);
oldCount -= 10;
_ticketCount = oldCount;
NSLog(@"还剩%ld张票 ------ threadNum:%@",oldCount,[NSThread currentThread]);
}
按照正常逻辑,十个窗口,每个窗口每次卖10张,最终结果为0才对。但是上面的代码结果却和预期不一致,经常出现票卖不完的现象。
其运行过程如图所示:
由于从系统中读取到相同的值,最终入库时,也会抹掉上一次的数据,导致数据异常。
问题分析
上面两个例子,反映出在使用多线程访问相同数据时,会出现数据竞争,最终导致异常的问题。我们将整个过程进行简化,过程大致如下:
解决问题
那么该如何解决这样的问题呢,相信大家心中都有答案,加锁。用图形表示的话,像下面这样:
这里有两个关键步骤:
1.当线程开始执行操作时,对资源加锁,表示此时资源仅供自己独有,其他线程不能使用;
2.当线程使用完毕以后,释放资源,即进行解锁操作。供队列中的其他线程进行使用。
3.假如有多个操作会对同一个资源进行修改时,比如存钱和取钱,都需要对用户的余额进行操作,这时候存钱和取钱应该使用同一把锁。
iOS总常用的加锁方案有哪些?
了解了产生数据竞争的原因和解决方案以后,回到iOS开发中来,iOS中有哪些锁可以使用呢?
OC给我们提供了10种线程同步技术,分别如下:
OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized
这些锁都是怎么使用的呢,每种锁之间又有什么异同点,在后面的文章中,我们会进行逐个讲解,敬请期待。