OC底层原理探索之多线程原理｜ 8月更文挑战

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进程是什么

进程是指在系统中正在运行的一个应用程序（App）；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中；通过活动监视器可以查看Mac系统中所开启的进程。 ​

线程是什么

线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务都是在线程中执行；进程想要执行任务必读得有线程，进程至少有一条线程。程序启动后会默认开启一条线程，这条线程被称作主线程或者UI线程。 ​

进程与线程的关系

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的资源如内存、I/O、cpu等，但是进程之间的资源是独⽴的。

  1. 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。
  2. 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
  3. 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。
  4. 线程是处理器调度的基本单位，但是进程不是。
  5. 线程没有地址空间,线程包含在进程地址空间中
  6. 线程局部存储（ThreadLocalStorage,TLS）。线程局部存储是某些操作系统为线程单独提供的私有空间，但通常只具有很有限的容量。（获取同步锁的时候用到sync_data/在objc_init函数中也存在）

多线程的意义

多线程并不是真正原理上的并发，只是CPU在多个任务直接进⾏快速的切换，这个时间间隔就是时间⽚。真正的并发建立在一个多核的基础上

优点：

  1. 能适当提高程序的执行效率
  2. 能适当提高资源的利用率（cpu 内存）
  3. 线程上的任务执行完成后，线程会自动销毁 缺点：
  4. 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512kb）
  5. 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
  6. 线程越多，CPU在调用线程上的开销就越大
  7. 程序设计的更加复杂比如线程之间的通信、多线程的数据共享

单核同一时间，cpu只能处理一个线程，换言之，同一时间只有1个线程在执行 多线程同时执行其实是cpu快速的在多个线程之间的切换；cpu线程调度的时间足够快，就造成了多线程的同时执行的假象。 如果线程数量非常多的话，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，线程的执行效率降低。 ​

多线程的几种方案

image.png

线程生命周期

线程的生命周期.png

线程调度的策略

线程池.png

饱和策略

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

任务执行速度的影响因素

  1. cpu
  2. 任务的优先级
  3. 任务的复杂度
  4. 线程当前的状态

优先级翻转

  1. IO密集型 ：频繁等待
  2. CPU密集型 ：很少等待 为了避免出现饿死状态，cpu调度 IO密集型会提高优先级

改变线程优先级的因素

  1. 用户指定优先级
  2. 根据等待的频繁度
  3. 长时间不执行的任务也会提高优先级

自旋锁和互斥锁

  • 互斥锁 发现其他线程执行 当前线程 休眠 (就绪状态) 一直在等打开 唤醒执行
  • 自旋锁 发现其他线程执行 当前线程 询问 - 忙等 耗费性能比较高 一般使用在短小的任务中

atomic ：是原子属性，是为多线程开发准备的，是默认属性！仅仅在属性的 setter方法中，增加了锁(自旋锁)，能够保证同一时间，只有一条线程对属性进行写操作。但是同一个时间多个线程都可以取值 nonatomic 是非原子属性。没有锁！性能高！

看源码：

void objc_setProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, id newValue, BOOL atomic, signed char shouldCopy) 
{
    bool copy = (shouldCopy && shouldCopy != MUTABLE_COPY);
    bool mutableCopy = (shouldCopy == MUTABLE_COPY);
    reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, atomic, copy, mutableCopy);
}


static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
  	 //....
    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;        
        slotlock.unlock();
    }
}

从上面我们可以看出atomic不是锁，只是一个加锁的标识。 ​

线程和Runloop

  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。

补充

__bridge只做类型转换，但是不修改对象（内存）管理权； __bridge_retained将oc对象转换为CoreFoundation,内存管理权限交给我们，后续需要使用CFRealeas或者相关的方法来释放对象 __bridge_transfer 将CoreFoundation转换为oc对象，同时将内存的管理权限交回给ARC

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