面试题：Objective-C多线程中锁机制的性能优化

Question

在Objective-C多线程编程中，常用的锁机制有NSLock、@synchronized、dispatch_semaphore等。请详细分析这些锁机制在不同场景下的性能特点，并阐述如何根据实际需求选择合适的锁机制以优化性能。同时，谈谈在高并发场景下，如何避免死锁问题。

Answer 1

1. NSLock

• 性能特点：
  • 轻量级：NSLock是一种相对轻量级的锁，开销较小。它基于pthread_mutex实现。
  • 简单直接：使用简单，调用lock方法加锁，unlock方法解锁。
  • 适用场景：适用于较为简单的多线程同步场景，对性能要求不是特别苛刻，代码逻辑相对不复杂的情况。
• 性能优化：在锁竞争不激烈的情况下，NSLock能提供较好的性能。但如果竞争激烈，频繁的加锁解锁操作可能导致线程上下文切换频繁，影响性能。此时可以考虑优化代码结构，减少锁的持有时间。

2. @synchronized

• 性能特点：
  • 便捷但开销大：语法简洁，使用方便，只需在需要同步的代码块前加上@synchronized关键字。它内部基于objc_sync，使用了引用计数来管理锁。
  • 自动释放：不需要手动管理锁的释放，代码执行完同步块后自动解锁。
  • 适用场景：适用于对代码简洁性要求高，对性能要求不是极致的场景，比如在少量数据同步，且代码结构相对简单的情况下。
• 性能优化：由于其内部实现较为复杂，在高并发场景下，性能不如一些更轻量级的锁。优化时尽量缩小同步块的范围，减少锁的持有时间，避免不必要的同步操作。

3. dispatch_semaphore

• 性能特点：
  • 灵活高效：基于信号量机制，既可以实现锁的功能（信号量值设为1），也可以用于控制并发数。它是基于GCD（Grand Central Dispatch）的，性能较高。
  • 适用于复杂场景：在处理复杂的多线程同步需求，如控制并发任务数量等场景下表现出色。
  • 适用场景：适合在高并发场景下，对性能要求较高，且需要灵活控制并发的场景，例如网络请求并发数的控制。
• 性能优化：合理设置信号量的值可以有效提高性能。比如在控制并发数时，根据系统资源和任务特性设置合适的并发数，避免过多或过少的并发任务导致性能瓶颈。

4. 锁机制的选择

• 锁竞争程度：如果锁竞争不激烈，NSLock或@synchronized都可以满足需求，且@synchronized语法更简洁；若竞争激烈，dispatch_semaphore更具优势，因为它基于GCD，能更好地利用系统资源。
• 代码简洁性：如果追求代码简洁，对性能要求不是极其苛刻，@synchronized是不错的选择；若需要更精细的控制和更高性能，dispatch_semaphore更合适。
• 功能需求：若不仅需要同步，还需要控制并发数等复杂功能，dispatch_semaphore是唯一选择；而简单的同步场景，NSLock也能胜任。

5. 避免死锁问题

• 按序加锁：所有线程按照相同的顺序获取锁，例如总是先获取锁A，再获取锁B，避免循环依赖。
• 使用超时机制：在加锁时设置超时时间，若在规定时间内无法获取锁，则放弃并进行相应处理，避免线程无限等待。如使用dispatch_semaphore_wait函数时，可以设置超时参数。
• 死锁检测工具：利用Xcode自带的死锁检测工具，在开发和测试阶段及时发现潜在的死锁问题。如在Xcode中开启僵尸对象检测等相关功能，帮助定位死锁。
• 减少锁的嵌套：尽量减少锁的嵌套层数，降低死锁发生的可能性。如果无法避免，仔细分析嵌套顺序，确保一致性。