iOS 多线程（一）：多线程基础

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相关资料

一、线程和进程

线程和进程的定义

1. 进程

  • 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。
  • 每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内。
  • 通过活动监视器可以查看Mac系统中所开启的线程。 image.png
    • MAC是多进程的，iOS是单进程的。

2. 线程

  • 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。
  • 每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内。
  • 通过活动监视器可以查看Mac系统中所开启的线程。

线程与进程的关系

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内的资源（如内存、I/O、cpu等），但进程之间资源是相互独立的。

  1. 进程崩溃后，保护模式下不会对其他进程产生影响，但一个线程崩溃会导致整个进程都死掉。所以多进程比多线程健壮。
  2. 进程切换时，消耗的资源大。涉及频繁切换时，使用线程要好过于进程。同样要求同时进行且共享某些变量的并发操作时，只能用线程不能用进程。
  3. 执行过程：每个独立的进程都有一个程序运行入口和顺序执行序列。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。
  4. 线程是处理器调度的基本单位，但进程不是。
  5. 线程没有地址空间，线程包含在进程地址空间中。

二、多线程

多线程的意义

  • 优点
    1. 适当提高执行效率。
    2. 适当提高资源的利用率(CPU、内存等)。
    3. 线程上的任务执行完后，线程会自动销毁。
  • 缺点
    1. 开启线程需要占用一定的内存空间(参照下面 线程成本 )。
    2. 开启大量线程，会占用大量内存空间，降低程序性能。
    3. 线程越多，CPU在调度线程上的开销越大。
    4. 程序设计更加复杂（如线程间的通讯，多线程的数据共享等）。

多线程原理

image.png

  • CPU在多个任务之间进行快速切换。

时间片

时间片的概念： CPU在多个任务之间进行快速切换，这个时间间隔就是时间片。

  • 单核CPU同一时间，CPU只能处理1个线程
    • 换言之，同一时间只有1个线程在执行。
  • 多线程同时执行：
    • 是CPU快速的在多个线程之间的切换。
    • CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程的同时执行的效果。
  • CPU会在N个线程之间切换，消耗大量的CPU资源。
  • 每个线程被调度的次数会降低，线程的执行效率会降低。

多线程必知

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多线程技术方案

多线程技术方案.png

C 与 OC 的桥接

  • __bridge只做类型转换，但是不修改对象(内存)管理权。
  • __bridge_retained(也可以使用CFBridgingRetain)将Objective-C的对象转换为Core Foundation的对象，同时将对象(内存)的管理权交给我们，后续需要使用CFRelease或者相关方法来释放对象。
  • __bridge_transfer(也可以使用CFBridgingRelease)将Core Foundation的对象 转换为Objective-C的对象，同时将对象(内存)的管理权交给ARC。

线程生命周期

image.png

  • 新建：new新建线程后，调用start后，并不会立即执行，而是进入就绪状态，等待CPU的调度。
  • 运行：CPU调度当前线程，进入运行状态，开始执行任务。如果当前线程还在运行中，CPU从可调度池中调用其他线程，来执行此任务。
  • 阻塞：运行中的任务，被调用sleep/等待同步锁时，会进入阻塞状态。所有线程都停止，等待sleep结束/获取同步锁，才会回到就绪状态。
  • 死亡：运行中的任务，在任务执行完或被强制退出时，线程自动进入Dead销毁。

线程池调度：

image.png

饱和策略：

  • AbortPolicy直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻止系统正常运行。
  • CallerRunsPolicy将任务回退到调用者。
  • DisOldestPolicy丢掉等待最久的任务。
  • DisCardPolicy直接丢弃任务。

这四种拒绝策略均实现的RejectedExecutionHandler接口。

三、面试题

任务执行速度的影响因素

  1. cpu的调度情况。
  2. 任务的复杂度。
  3. 优先级。
  4. 线程状态。

优先级翻转

  1. IO密集型，频繁等待的线程，容易饿死，就会出现优先级提升。
  2. CPU密集型，很少等待的线程。

优先级影响因素

  1. 用户指定。 
    typedef NS_ENUM(NSInteger, NSQualityOfService) {
    NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21,
    NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19,
    NSQualityOfServiceUtility = 0x11,
    NSQualityOfServiceBackground = 0x09,
    NSQualityOfServiceDefault = -1
}
  2. 等待的频繁度。
  3. 长时间不执行，会提升优先级。

四、自旋锁和互斥锁

当多窗口卖票时，如下图所示，会产生资源的抢夺，这时我们的常规操作就是加锁。

image.png

互斥锁：

  1. 保证锁内代码，同一时间，只有一条线程能够执行。
  2. 互斥锁的锁定范围，应该尽量小，锁定范围越大，效率越差。

互斥锁参数：

  1. 能够加锁的任意NSObject对象。
  2. 锁对象要保证所有线程都能够访问。
  3. 如果代码只有一个地方需要加锁，大多都使用self，这样可以避免单独再创建一个锁对象。

自旋锁：

  1. 耗性能，循环轮循是否可执行。自旋锁内容应尽可能小，保障尽快完成锁内任务。

互斥锁与自旋锁的区别：

  • 互斥锁是被动等待代码触发，再上锁。
    • 要求立即执行，任务资源较小(执行耗时短)时，可选择自旋锁。
  • 自旋锁是主动轮循请求资源。所以自旋锁更消耗资源。
    • 被动触发，任务资源较大(执行耗时长)时，选择互斥锁。

五、atomic 与 nonatomic 的区别

  • nonatomic： 非原子属性，非线程安全，适合内存小的移动设备。
  • atomic：原子属性，线程安全，需要消耗大量的资源，是默认值。
  • atomic：是针对多线程设计的，本身有自旋锁， 实现单写多读（单个线程写入，多个线程可以读取）。

iOS官方建议：

  • 所有属性都声明为nonatomic，避免多线程抢夺同一块资源。
  • 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。

六、线程与 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，只有当我们使用时才会创建，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。
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