iOS使用多線程提高數據并發訪問 之六

線程的風險

當運行在一個多線程環境中，你總是需要注意一些事情：你不能控制線程執行的順序。例如，如果你有兩個線程，線程1和線程2，CPU可能會在線程1上運行一段時間，然后又會切到線程2運行一段時間。問題是你不知道CPU何時切過去，也不知道會為一個線程分配多少時間。每個線程運行的時間都不是公平的。

為了演示線程不容易控制帶來的風險，我會舉一個例子。這個例子包括兩個線程：線程1和線程2. 線程1打印奇數，線程2打印偶數。這些數的范圍從1到20. 線程1先啟動，然后線程2再啟動。這個例子將會運行3次。Listing 6-5 顯示了樣例代碼。

正如你看到的，我先調用打印奇數，然后再打印偶數。你可能會期待看到

• 先打印一些奇數

• 奇數和偶數平均打印，例如兩個奇數和兩個偶數

但是，這些猜測都是不正確的，你可以看表格 6-4， 顯示了3次運行的結果。

你看下第2次，0先打印出來，而其他的都是先打印1。奇數和偶數打印也不是平均的；而且，也沒什么跡象表明有多少奇數在偶數之前打印。

因此，在多線程環境中，你不能控制線程執行的順序。多線程是一把雙刃劍。開發者實現一個多線程應用需要注意下面的3個風險。

• 安全性：這個標準意味著在多線程環境下，輸出要跟預期的一致。換句話說，程序可以運行在不同的順序中多次，但是最終的輸出必須是可預見的，正確的。“糟糕的事情不會發生”。

• 活躍性：這個和安全性不同。一種定義是“一些好的情況最終會發生”。例如，假設線程A必須等到線程B的結果，有時這些結果從來都不返回。因此，線程A從來不會計算最終結果。這個通常稱為死鎖。

• 性能：iPhone應用最重要的一個目標就是有一個比較好的性能和更靈敏的UI。因此，你的性能目標必須達到。活躍性只關注一些最終發生的事情；它并不關心多快獲取到結果。

我將會在接下來的部分使用例子來涉及到每一個標準，這樣你就可以理解什么樣會導致一個不好的結果，你如何解決它，使得你的應用運行時有一個比較高的性能。

安全性

安全性要求程序運行在多線程環境中，產生一個正確的期待的結果，就想他運行在單線程環境中一樣。我會討論一個潛在的在多線程環境中經常會發生的一個問題，當兩個或多個線程同時訪問相同的數據。

圖 6-5 描述了兩個線程如何返回一個相同的item而導致應用崩潰。在圖6-5中，線程1嘗試把item push到當前棧中。然后，線程2和線程3想要把item取出來，然后檢查確保這個item在這個棧中。但是，在兩個線程檢查之后，線程2先運行，然后獲取item。Oops！像你看到的，線程3已經沒有item可以獲取了。這會導致你的應用崩潰。

你可以從ThreadSafety工程中獲取到樣例代碼，但是Listing 6-6 顯示了這個問題的代碼注解。注意這個問題不會總是出現，但是如果你運行足夠多的時間，它還是會發生的。代碼使用了NSMutableArray變量存儲，因此客戶端代碼能夠添加和刪除數據。

當你運行上面的代碼一段時間，你會收到下面的信息：

它告訴你，你嘗試在一個空的數組中刪除對象，這是不應該發生的當你在刪除之前已經檢查了數組空的情況。你甚至打印出來看它是否是最后一個對象。

現在，如果你再一次查看圖6-4，你應該理解為什么會崩潰 -- 因為第一個現場檢查和打印出最后一個對象后，第一個線程已經停止，而第二個線程還在運行。

解決辦法

對于這個問題我的解決辦法是鎖住這個方法直到線程執行完。鎖是一種機制，它能夠確保在一個時間內只有一個線程訪問一個指定的代碼塊。想象一下，你現在在一個比賽中，需要直接和很多人競爭。你和你的競爭者被問了一個問題，而誰先響鈴誰就能先回答問題。在第一個結束之后，另外一個人又可以搖鈴了。當第一個人在回答問題時，這個鈴是被鎖住的。線程也是一樣的。你可以創建一個鎖，就像是你的鈴一樣：第一個得到鎖的線程（類似搖鈴）會阻塞其他所有的線程直到它結束。在第一個線程結束之后，鎖就開了（類似于其他人可以搖鈴了）；其他線程能嘗試獲取鎖，而這個過程可以重復下去。

鎖機制的基本概念就是確保當一個線程在執行任務時，其他線程不能打斷。例如，如果線程1獲取到這個對象，然后打印出來，線程2必須等到線程1執行完才能獲取和從數組中刪除對象。

這個鎖創建在一個對象上。如果線程1從對象A獲取了鎖，其他線程就不能再獲取這個對象的鎖了，這些線程必須等待線程1執行完后，然后把鎖返回給對象A。

最簡單的方式獲取對象A的鎖的就是使用@synchronized(objA)，如下面Listing 6-7 的代碼。

圖6-6 顯示了@synchronized在線程中是如何工作的。

你需要同時同步push和pop data這兩個方法，因為如果你只鎖住其中的一個方法，當你pop檢查時，依然會存在風險，還有存儲器push了很多數據，而你不沒有按照你想要的方式獲取到對象。為了防止這些，你需要使用lockObj同時鎖住他們，這樣在一個時間段就只有一個方法在運行。

你的代碼是安全的，但是依然還有兩個更重要的多線程屬性需要討論。