本文主要介绍常见的锁，以及synchronized、NSLock、递归锁、条件锁的底层分析
锁
先看一张大家都非常熟悉的图
可以看出，图中锁的性能从高到底依次是：OSSpinLock(自旋锁) -> dispatch_semaphone（信号量） -> pthread_mutex（互斥锁） -> NSLock（互斥锁） -> NSCondition（条件锁） -> pthread_mutex（recursive 互斥递归锁） -> NSRecursiveLock（递归锁） -> NSConditionLock（条件锁） -> synchronized（互斥锁）
图中锁大致分为以下几类：
【1、自旋锁】：在自旋锁中，线程会反复检查变量是否可用。由于线程这个过程中一致保持执行，所以是一种忙等待。 一旦获取了自旋锁，线程就会一直保持该锁，直到显式释放自旋锁。自旋锁避免了进程上下文的调度开销，因此对于线程只会阻塞很短时间的场合是有效的。对于iOS属性的修饰符atomic，自带一把自旋锁
OSSpinLock
atomic
【2、互斥锁】：互斥锁是一种用于多线程编程中，防止两条线程同时对同一公共资源（例如全局变量）进行读写的机制，该目的是通过将代码切成一个个临界区而达成
@synchronized
NSLock
pthread_mutex
【3、条件锁】：条件锁就是条件变量，当进程的某些资源要求不满足时就进入休眠，即锁住了，当资源被分配到了，条件锁打开了，进程继续运行
NSCondition
NSConditionLock
【4、递归锁】：递归锁就是同一个线程可以加锁N次而不会引发死锁。递归锁是特殊的互斥锁，即是带有递归性质的互斥锁
pthread_mutex(recursive)
NSRecursiveLock
【5、信号量】：信号量是一种更高级的同步机制，互斥锁可以说是semaphore在仅取值0/1时的特例，信号量可以有更多的取值空间，用来实现更加复杂的同步，而不单单是线程间互斥
dispatch_semaphore
【6、读写锁】：读写锁实际是一种特殊的自旋锁。将对共享资源的访问分成读者和写者，读者只对共享资源进行读访问，写者则需要对共享资源进行写操作。这种锁相对于自旋锁而言，能提高并发性
一个读写锁同时只能有一个写者或者多个读者，但不能既有读者又有写者，在读写锁保持期间也是抢占失效的
如果读写锁当前没有读者，也没有写者，那么写者可以立刻获得读写锁，否则它必须自旋在那里， 直到没有任何写者或读者。如果读写锁没有写者，那么读者可以立
其实基本的锁就包括三类：自旋锁、互斥锁、读写锁，其他的比如条件锁、递归锁、信号量都是上层的封装和实现。
1、OSSpinLock（自旋锁）
自从OSSpinLock出现安全问题，在iOS10之后就被废弃了。自旋锁之所以不安全，是因为获取锁后，线程会一直处于忙等待，造成了任务的优先级反转。
其中的忙等待机制可能会造成高优先级任务一直running等待，占用时间片，而低优先级的任务无法抢占时间片，会造成一直不能完成，锁未释放的情况
在OSSpinLock被弃用后，其替代方案是内部封装了os_unfair_lock，而os_unfair_lock在加锁时会处于休眠状态，而不是自旋锁的忙等状态
2、atomic（原子锁）
atomic适用于OC中属性的修饰符，其自带一把自旋锁，但是这个一般基本不使用，都是使用的nonatomic
在前面的文章中，我们提及setter方法会根据修饰符调用不同方法，其中最后会统一调用reallySetProperty方法，其中就有atomic和非atomic的操作
从源码中可以看出，对于atomic修饰的属性，进行了spinlock_t加锁处理，但是在前文中提到OSSpinLock已经废弃了，这里的spinlock_t在底层是通过os_unfair_lock替代了OSSpinLock实现的加锁。同时为了防止哈希冲突，还是用了加盐操作
getter方法中对atomic的处理，同setter是大致相同的
3、synchronized（互斥递归锁）
开启汇编调试，发现@synchronized在执行过程中，会走底层的objc_sync_enter 和 objc_sync_exit方法
也可以通过clang，查看底层编译代码
通过对objc_sync_enter方法符号断点，查看底层所在的源码库，通过断点发现在objc源码中，即libobjc.A.dylib
objc_sync_enter & objc_sync_exit 分析
进入objc_sync_enter源码实现
如果obj存在，则通过id2data方法获取相应的SyncData，对threadCount、lockCount进行递增操作
如果obj不存在，则调用objc_sync_nil，通过符号断点得知，这个方法里面什么都没做，直接return了
进入objc_sync_exit源码实现
如果obj存在，则调用id2data方法获取对应的SyncData，对threadCount、lockCount进行递减操作
如果obj为nil，什么也不做
通过上面两个实现逻辑的对比，发现它们有一个共同点，在obj存在时，都会通过id2data方法，获取SyncData
进入SyncData的定义，是一个结构体，主要用来表示一个线程data，类似于链表结构，有next指向，且封装了recursive_mutex_t属性，可以确认@synchronized确实是一个递归互斥锁
进入SyncCache的定义，也是一个结构体，用于存储线程，其中list[0]表示当前线程的链表data，主要用于存储SyncData和lockCount
id2data 分析
进入id2data源码，从上面的分析，可以看出，这个方法是加锁和解锁都复用的方法
代码很长 慢慢看 别急~~
【第一步】首先在tls即线程缓存中查找。
在tls_get_direct方法中以线程为key，通过KVC的方式获取与之绑定的SyncData，即线程data。其中的tls（），表示本地局部的线程缓存，
判断获取的data是否存在，以及判断data中是否能找到对应的object
如果都找到了，在tls_get_direct方法中以KVC的方式获取lockCount，用来记录对象被锁了几次（即锁的嵌套次数）
如果data中的threadCount小于等于0，或者lockCount小于等于0时，则直接崩溃
通过传入的why，判断是操作类型
如果是ACQUIRE，表示加锁，则进行lockCount++，并保存到tls缓存
如果是RELEASE，表示释放，则进行lockCount--，并保存到tls缓存。如果lockCount等于0，从tls中移除线程data
如果是CHECK，则什么也不做
【第二步】如果tls中没有，则在cache缓存中查找
通过fetch_cache方法查找cache缓存中是否有线程
如果有，则遍历cache总表，读取出线程对应的SyncCacheItem
从SyncCacheItem中取出data，然后后续步骤与tls的匹配是一致的
【第三步】如果cache中也没有，即第一次进来，则创建SyncData，并存储到相应缓存中
如果在cache中找到线程，且与object相等，则进行赋值、以及threadCount++
如果在cache中没有找到，则threadCount等于1
所以在id2data方法中，主要分为三种情况
【第一次进来，没有锁】：
threadCount = 1
lockCount = 1
存储到tls
【不是第一次进来，且是同一个线程】
tls中有数据，则lockCount++
存储到tls
【不是第一次进来，且是不同线程】
全局线程空间进行查找线程
threadCount++
lockCount++
存储到cache
tls和cache表结构
针对tls和cache缓存，底层的表结构如下所示
哈希表结构中通过SyncList结构来组装多线程的情况
SyncData通过链表的形式组装当前可重入的情况
下层通过tls线程缓存、cache缓存来进行处理
底层主要有两个东西：lockCount、threadCount,解决了递归互斥锁，解决了嵌套可重入
@synchronized 坑点
下面代码这样写，会有什么问题？
运行之后果然崩溃
崩溃的主要原因是testArray在某一瞬间变成了nil，block内部不停的retain、release，会在某一瞬间上一个还未release，下一个已经准备release，这样会导致野指针的产生
那么我们用@synchronized加锁呢
还是会崩
从@synchronized底层流程知道，如果加锁的对象成了nil，是锁不住的，相当于下面这种情况，block内部不停的retain、release，会在某一瞬间上一个还未release，下一个已经准备release，这样会导致野指针的产生
可以根据上面的代码，打开edit scheme -> run -> Diagnostics中勾选Zombie Objects ，来查看是否是僵尸对象，结果如下所示
我们一般使用@synchronized (self)，主要是因为_testArray的持有者是self
注意：野指针 vs 过渡释放
野指针：是指由于过渡释放产生的指针还在进行操作
过渡释放：每次都会retain 和 release
总结
@synchronized在底层封装的是一把递归锁，所以这个锁是递归互斥锁
@synchronized的可重入，即可嵌套，主要是由于lockCount和threadCount的搭配
@synchronized使用链表的原因是链表方便下一个data的插入，
但是由于底层中链表查询、缓存的查找以及递归，是非常耗内存以及性能的，导致性能低，所以在前文中，该锁的排名在最后
但是目前该锁的使用频率仍然很高，主要是因为方便简单，且不用解锁
不能使用非OC对象作为加锁对象，因为其object的参数为id
@synchronized (self)这种适用于嵌套次数较少的场景。这里锁住的对象也并不永远是self，这里需要读者注意
如果锁嵌套次数较多，即锁self过多，会导致底层的查找非常麻烦，因为其底层是链表进行查找，所以会相对比较麻烦，所以此时可以使用NSLock、信号量等
4、NSLock
NSLock是对下层pthread_mutex的封装，使用如下
直接进入NSLock定义查看，其遵循了NSLocking协议，下面来探索NSLock的底层实现
NSLock 底层分析
通过加符号断点lock分析，发现其源码在Foundation框架中，
由于OC的Foundation框架不开源，所以这里借助Swift的开源框架Foundation来 分析NSLock的底层实现，其原理与OC是大致相同的
通过源码实现可以看出，底层是通过pthread_mutex互斥锁实现的。并且在init方法中，还做了一些其他操作，所以在使用NSLock时需要使用init初始化
回到前文的性能图中，可以看出NSLock的性能仅次于 pthread_mutex（互斥锁），非常接近
使用弊端
请问下面block嵌套block的代码中，会有什么问题？
在未加锁之前，其中的current=9、10有很多条，导致数据混乱，主要原因是多线程导致的
如果像下面这样加锁，会有什么问题？
运行结果为如下：
会出现一直等待的情况，主要是因为嵌套使用的递归，使用NSLock（简单的互斥锁，如果没有回来，会一直睡觉等待），即会存在一直加lock，等不到unlock 的堵塞情况
所以，针对这种情况，可以使用以下方式解决
使用@synchronized
使用递归锁NSRecursiveLock
5、pthread_mutex
pthread_mutex就是互斥锁本身，当锁被占用，其他线程申请锁时，不会一直忙等待，而是阻塞线程并睡眠
使用
// 导入头文件#import<pthread.h>
// 全局声明互斥锁pthread_mutex_t _lock;
// 初始化互斥锁pthread_mutex_init(&_lock,NULL);
// 加锁pthread_mutex_lock(&_lock);
// 这里做需要线程安全操作
// 解锁 pthread_mutex_unlock(&_lock);
// 释放锁pthread_mutex_destroy(&_lock);
6、NSRecursiveLock
NSRecursiveLock在底层也是对pthread_mutex的封装，可以通过swift的Foundation源码查看
对比NSLock和NSRecursiveLock，其底层实现几乎一模一样，区别在于init时，NSRecursiveLock有一个标识PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，而NSLock是默认的
递归锁主要是用于解决一种嵌套形式，其中循环嵌套居多
7、NSCondition
NSCondition是一个条件锁，在日常开发中使用较少，与信号量有点相似：线程1需要满足条件1才会往下走，否则会堵塞等待，知道条件满足。经典模型是生产消费者模型
NSCondition的对象实际上作为一个锁和 一个线程检查器
锁主要 为了当检测条件时保护数据源，执行条件引发的任务
线程检查器主要是根据条件决定是否继续运行线程，即线程是否被阻塞
使用
//初始化
NSCondition*condition=[[NSConditionalloc]init]
//一般用于多线程同时访问、修改同一个数据源，保证在同一 时间内数据源只被访问、修改一次，其他线程的命令需要在lock 外等待，只到 unlock ，才可访问
[conditionlock];
//与lock 同时使用
[condition unlock];
//让当前线程处于等待状态
[condition wait];
//CPU发信号告诉线程不用在等待，可以继续执行
[condition signal];
底层分析
通过swift的Foundation源码查看NSCondition的底层实现
其底层也是对下层pthread_mutex的封装
NSCondition是对mutex和cond的一种封装（cond就是用于访问和操作特定类型数据的指针）
wait操作会阻塞线程，使其进入休眠状态，直至超时
signal操作是唤醒一个正在休眠等待的线程
broadcast会唤醒所有正在等待的线程
8、NSConditionLock
NSConditionLock是条件锁，一旦一个线程获得锁，其他线程一定等待
相比NSConditionLock而言，NSCondition使用比较麻烦，所以推荐使用NSConditionLock，
其使用如下
//初始化:NSConditionLock*conditionLock=[[NSConditionLockalloc]initWithCondition:2];
//表示 conditionLock 期待获得锁，如果没有其他线程获得锁(不需要判断内部的 condition) 那它能执行此行以下代码，如果已经有其他线程获得锁(可能是条件锁，或者无条件 锁)，则等待，直至其他线程解锁[conditionLock lock];
//表示如果没有其他线程获得该锁，但是该锁内部的 condition不等于A条件，它依然不能获得锁，仍然等待。如果内部的condition等于A条件，并且 没有其他线程获得该锁，则进入代码区，同时设置它获得该锁，其他任何线程都将等待它代码的 完成，直至它解锁。[conditionLock lockWhenCondition:A条件];
//表示释放锁，同时把内部的condition设置为A条件[conditionLock unlockWithCondition:A条件];
// 表示如果被锁定(没获得 锁)，并超过该时间则不再阻塞线程。但是注意:返回的值是NO,它没有改变锁的状态，这个函 数的目的在于可以实现两种状态下的处理
return=[conditionLock lockWhenCondition:A条件 beforeDate:A时间];
//其中所谓的condition就是整数，内部通过整数比较条件
NSConditionLock，其本质就是NSCondition + Lock，以下是其swift的底层实现，
通过源码可以看出
NSConditionLock是NSCondition的封装
NSConditionLock可以设置锁条件，即condition值，而NSCondition只是信号的通知
调试验证
以下面代码为例，调试NSConditionLock底层流程
分析：
有三个并行队列+异步函数，分别处理三个任务，三个任务的执行顺序无序。
（并行队列+异步线程是的执行顺序是不固定的，取决于任务资源大小和cpu的调度）
我们init时，将condition设置为2。
任务1： 必须当前线程没被锁，且condition为1时，我才加锁并执行后面代码。
任务2： 必须当前线程没被锁，且condition为2时，我才加锁并执行后面代码。
任务3： 必须当前线程没被锁，我可以加锁并执行后面代码。
所以任务3的执行时期并不确定，只要当前线程没被锁，随时都可以。任务1一定在任务2的后面：
因为condition初始值为2，只有任务2满足条件，任务2执行完后，将condition设置为1，并broadcast广播给所有等待的线程。
此时正在等待的任务1的线程收到广播，检查任务1，满足条件，任务1执行完后，将condition设置为0，并broadcast广播给所有等待的线程。
demo分析汇总
线程 1调用[NSConditionLock lockWhenCondition:]，此时此刻因为不满足当前条件，所以会进入 waiting 状态，当前进入到 waiting 时，会释放当前的互斥锁。
此时当前的线程 3 调用[NSConditionLock lock:]，本质上是调用 [NSConditionLock lockBeforeDate:]，这里不需要比对条件值，所以线程 3 会打印
接下来线程 2 执行[NSConditionLock lockWhenCondition:]，因为满足条件值，所以线程2 会打印，打印完成后会调用[NSConditionLock unlockWithCondition:],这个时候将value 设置为 1，并发送 boradcast, 此时线程 1 接收到当前的信号，唤醒执行并打印。
自此当前打印为线程 3->线程 2 -> 线程 1
[NSConditionLock lockWhenCondition:];这里会根据传入的condition 值和 Value 值进行对比，如果不相等，这里就会阻塞，进入线程池，否则的话就继续代码执行[NSConditionLock unlockWithCondition:]: 这里会先更改当前的 value 值，然后进行广播，唤醒当前的线程
性能总结
OSSpinLock自旋锁由于安全性问题，在iOS10之后已经被废弃，其底层的实现用os_unfair_lock替代
使用OSSpinLock及所示，会处于忙等待状态
而os_unfair_lock是处于休眠状态
atomic原子锁自带一把自旋锁，只能保证setter、getter时的线程安全，在日常开发中使用更多的还是nonatomic修饰属性
atomic：当属性在调用setter、getter方法时，会加上自旋锁osspinlock，用于保证同一时刻只能有一个线程调用属性的读或写，避免了属性读写不同步的问题。由于是底层编译器自动生成的互斥锁代码，会导致效率相对较低
nonatomic：当属性在调用setter、getter方法时，不会加上自旋锁，即线程不安全。由于编译器不会自动生成互斥锁代码，可以提高效率
@synchronized在底层维护了一个哈希表进行线程data的存储，通过链表表示可重入（即嵌套）的特性，虽然性能较低，但由于简单好用，使用频率很高
NSLock、NSRecursiveLock底层是对pthread_mutex的封装
NSCondition和NSConditionLock是条件锁，底层都是对pthread_mutex的封装，当满足某一个条件时才能进行操作，和信号量dispatch_semaphore类似
锁的使用场景
如果只是简单的使用，例如涉及线程安全，使用NSLock即可
如果是循环嵌套，推荐使用@synchronized，主要是因为使用递归锁的 性能 不如 使用@synchronized的性能（因为在synchronized中无论怎么重入，都没有关系，而NSRecursiveLock可能会出现崩溃现象）
在循环嵌套中，如果对递归锁掌握的很好，则建议使用递归锁，因为性能好
如果是循环嵌套，并且还有多线程影响时，例如有等待、死锁现象时，建议使用@synchronized
