多线程

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多线程方案

GCD

常用函数
GCD中有2个用来执行任务的函数

用同步的方式执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
queue:队列
block:任务

用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block)

GCD的队列

并发队列(Concurrent Dispatch Queue)
可以让多个任务并发(同时)执行(自动开启多个线程同时执行任务)
并发功能只有在异步(dispatch_async)函数下才有效

串行队列(Serial Dispatch Queue)
让任务一个接着一个地执行(一个任务执行完毕后,再执行下一个任务)

容易混淆的术语

同步和异步主要影响:能不能开启新的线程
同步:在当前线程中执行任务,不具备开启新线程的能力
异步:在新的线程中执行任务,具备开启新线程的能力

并发和串行主要影响:任务的执行方式
并发:多个任务并发(同时)执行
串行:一个任务执行完毕后,再执行下一个任务

各种队列的执行效果

面试题

第一题 performSelector afterDelay

以下打印是什么? 答案:1,3

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay

原因:方法内部用到了定时器,并将定时器添加到Runloop当中,而代码是在子线程当中运行的,子线程并没有开启Runloop,因此无法执行test方法

第二题

以下打印什么? 打印1 并崩溃

GNUstep

GNUstep是GNU计划的项目之一,它将Cocoa的OC库重新开源实现了一遍

初始化thread之后,调用start,会执行block中的内容,先打印一,程序继续执行,调用performSelectorthread线程执行test任务,但是blcok中的任务结束之后线程就退出销毁了,此时在thread中执行任务自然是不可能了。

源码地址:www.gnustep.org/resources/d…

虽然GNUstep不是苹果官方源码,但还是具有一定的参考价值

调度组

多线程安全隐患

资源共享
1块资源可能会被多个线程共享,也就是多个线程可能会访问同一块资源。
比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件。
当多个线程访问同一块资源时,很容易引发数据错乱和数据安全问题。

解决方案:使用线程同步技术(同步,就是协同步调,按预定的先后次序进行)
常见的线程同步技术是:加锁

OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

自旋锁和互斥锁的区别

什么情况使用自旋锁比较划算?
预计线程等待锁的时间很短
加锁的代码(临界区)经常被调用,但竞争情况很少发生
CPU资源不紧张
多核处理器

什么情况使用互斥锁比较划算?
预计线程等待锁的时间较长
单核处理器
临界区有IO操作
临界区代码复杂或者循环量大
临界区竞争非常激烈

OSSpinLock

1.OSSpinLock叫做”自旋锁”,等待锁的线程会处于忙等(busy-wait)状态,一直占用着CPU资源
2.目前已经不再安全,可能会出现优先级反转问题
3.如果等待锁的线程优先级较高,它会一直占用着CPU资源,优先级低的线程就无法释放锁
4.需要导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>

os_unfair_lock

1.os_unfair_lock(互斥锁)用于取代不安全的OSSpinLock ,从iOS10开始才支持
2.从底层调用看,等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态,并非忙等
3.需要导入头文件#import <os/lock.h>

pthread_mutex

1.mutex叫做”互斥锁”,等待锁的线程会处于休眠状态
2.需要导入头文件#import <pthread.h>

也可以当做递归锁(同一个线程对同一把锁可以重复加锁)来使用,允许重复加锁

也可以当做条件锁

NSLock、NSRecursiveLock

NSLock是对mutex普通锁的封装 NSLock也是互斥锁

NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装,API跟NSLock基本一致

NSCondition

NSCondition是对mutex和cond的封装

NSConditionLock

NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装,可以设置具体的条件值

dispatch_queue

dispatch_semaphore

semaphore叫做”信号量”
信号量的初始值,可以用来控制线程并发访问的最大数量
信号量的初始值为1,代表同时只允许1条线程访问资源,保证线程同步

@synchronized

@synchronized是对mutex递归锁的封装
源码查看:objc4中的objc-sync.mm文件
@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁,然后进行加锁、解锁操作

性能不好,内部加锁会调用objc_sync_enter。解锁会调用objc_sync_exit,其实内部是用到哈希表的结构。用穿进去的@synchronized(obj)对象objc作为key去找到索引

性能对比

性能从高到低排序
os_unfair_lock
OSSpinLock
dispatch_semaphore
pthread_mutex
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSCondition
pthread_mutex(recursive)
NSRecursiveLock
NSConditionLock
@synchronized

atomic

atomic用于保证属性setter、getter的原子性操作,相当于在getter和setter内部加了线程同步的锁,内部会查看是否是原子操作,非原子性操作直接操作,如果是原子性操作,会加入自旋锁
可以参考源码objc4的objc-accessors.mm
它并不能保证使用属性的过程是线程安全的
赋值

取值

iOS中的读写安全方案

思考如何实现以下场景
同一时间,只能有1个线程进行写的操作
同一时间,允许有多个线程进行读的操作
同一时间,不允许既有写的操作,又有读的操作

上面的场景就是典型的“多读单写”,经常用于文件等数据的读写操作,iOS中的实现方案有
pthread_rwlock:读写锁
dispatch_barrier_async:异步栅栏调用

pthread_rwlock
等待锁的线程会进入休眠

dispatch_barrier_async
这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的。
如果传入的是一个串行或是一个全局的并发队列,那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果。