iOS | 多线程(一)原理

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这篇主要从下面几个方面进行讲解,包括:线程定义进程定义线程和进程的关系和区别多线程的意义多线程的原理线程生命周期线程池的原理线程不安全线程通讯线程和runloop的关系

1:线程定义

  • 线程是进程的基本执行单元,一个进程的所有任务都在线程中执行,主线程或者子线程 {}
  • 进程要想执行任务,必须得有线程,进程至少要有一条线程
  • 程序启动会默认开启一条线程,这条线程被称为主线程或 UI 线程

2:进程定义

  • 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序,活动app
  • 每个进程之间是独立的,端口,每个进程均运行在其专用的且受保护的内存

3.线程和进程的关系和区别

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  • 地址空间:同一进程的线程共享本进程的地址空间,而进程之间则是独立的地址空间
  • 资源拥有:同一进程内的线程共享本进程的资源如内存、I/O、cpu等,但是进程之间的资源是独立的。
  • 一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其他进程产生影响,但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
  • 进程切换时,消耗的资源大,效率高。所以涉及到频繁的切换时,使用线程要好于进程。同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程不能用进程
  • 执行过程:每个独立的进程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制。
  • 线程是处理器调度的基本单位,但是进程不是。

4.多线程的意义

  • 优点
    • 能适当提高程序的执行效率
    • 能适当提高资源的利用率(CPU,内存)
    • 线程上的任务执行完成后,线程会自动销毁
  • 缺点
    • 开启线程需要占用一定的内存空间(默认情况下,每一个线程都占 512 KB,严格来说子线程512kb,主线程1mb,macos下主线程是8mb,所以真机和模拟器下内存不一样。developer.apple.com/library/arc…

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  • 如果开启大量的线程,会占用大量的内存空间,降低程序的性能
  • 线程越多,CPU 在调用线程上的开销就越大
  • 程序设计更加复杂,比如线程间的通信、多线程的数据共享 具体代码在 github.com/tanghaitao/…

5.多线程的原理

CPU在线程之间不断地调度,调度的频次叫做时间片``,当时间片的时间足够小时,感觉线程任务在同时进行。这就是多线程原理

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多线程技术方案

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单操作用GCD,自定义封装NSOperation。

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadTest) toTarget:self withObject:nil];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
});
pthread_t threadId = NULL;
char *str = "haitao";
pthread_create(threadId, NULL, pthreadDemo, str);

6.线程生命周期

image.png 举例说明,具体代码在 github.com/tanghaitao/…

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image.png number表示不同的线程,唯一性标识,name相同表示每次设置的线程名字一样,只是标识,不代表是同一线程。 已经执行的事务是不能取消或暂停的,需要等待当前正在执行的任务完成,为执行的事务才可以取消或暂停。

7. 线程池的原理

image.png 线程2 正在执行,就会调用其他线程,比如线程3, 而如果线程2 没有执行就会判断工作队列是否满,比如一次只能执行2次,当前队列中有2个线程,已满, 接着判断当前队列的线程是否都在工作,如果都是工作状态,就饱和策略,排队等待,如果已满的队列中有线程空闲,就创建新的线程执行任务。

举个简单的例子,队列(银行窗口),一次最多有4个线程(窗口)1个vip窗口

  • 银行工作人员判断4个线程(窗口)是否都忙
  • 如果都满了,查询所有窗口(包括vip窗口)是否满
  • 如果也满了,接着银行工作人员再看是否所有窗口均在忙,`可能上一个人已经处理完但是没有反馈到工作队列
  • 如果都在工作,就交给饱和策略处理(四种策略,没必要做深究)。 注意: 线程池工作队列满,也有可能,其中某个线程不在工作状态,比如上次线程已经执行完但是没有反馈到工作队列等情况,相当于休眠

8.线程不安全

线程不安全,主要是由于线程对资源共享时抢夺的问题,比如同时进行写操作,就会造成数据不一致,最典型的就是 火车窗口抢票问题。

image.png 具体代码: github.com/tanghaitao/…

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其他锁的案例分析: github.com/tanghaitao/…

不同锁的特点,性能都在工程中有说明,这里就不多说了。

补充一点: noatomic与atomic的区别

    atomic 同一时间只有一条线程可以读写,本身是自旋锁,单写多读,但消耗大量资源
nonatomic 性能强,非线程安全。
建议:
    1. 所有属性都声明为 nonatomic.
      如果是数值类型默认属性 atomic  assign readwrite
      如果是对象类型,默认就是 atomic strong readwirte
    2. 尽量避免多线程抢夺同一块资源
    3. 尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理,减小移动客户端的压力

9 线程通讯

线程通讯,通俗的讲就是 A线程 通讯到 B线程,访问数据等操作。例如子线程下载图片,然后通过线程池调度到主线程更新UI。

 [self performSelectorInBackground:@selector(downloadImageWithURL:) withObject:url];
 [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];

NSPort 类似阀门,管道通讯 具体地址: github.com/tanghaitao/…

补充:线程和runloop的关系

1:runloop与线程是一一对应的,一个runloop对应一个核心的线程,为什么说是核心的,是因为runloop是可以嵌套的,但是核心的只能有一个,他们的关系保存在一个全局的字典里。
2:runloop是来管理线程的,当线程的runloop被开启后,线程会在执行完任务后进入休眠状态,有了任务就会被唤醒去执行任务。
3:runloop在第一次获取时被创建,在线程结束时被销毁。
4:对于主线程来说,runloop在程序一启动就默认创建好了。
5:对于子线程来说,runloop是懒加载的,只有当我们使用的时候才会创建,所以在子线程用定时器要注意:确保子线程的runloop被创建,不然定时器不会回调。