iOS底层探索-多线程基础

小酷酷
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前言

未来的你，会感谢现在努力的自己。每一份努力都是未来人生道路的财富！

线程和进程的定义

时间片的概念

CPU在多个任务直接快速的切换，这个时间间隔就是时间片

线程

  • 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
  • 进程也想要执行任务，必须有线程，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者UI线程

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，每个进程均运行在齐专用的且受保护的内存空间
  • 通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程

进程和线程的关系

  • 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：同一进程的线程共享本进程的资源内存、I/O、CPU等，但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，但是一个线程崩溃后整个进程都死掉，所以多进程要多线程健壮。
  2. 进程切换时，消耗的资源大，效率高。所有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，但是进程不是。
  5. 线程没有地址空间，线程中包含在进程地址空间中。

多线程的意义

  • 优点

  1. 能适当的提高程序的执行效率
  2. 能适当的提高资源的利用率（CPU、内存）
  3. 线程上的任务执行完成后，线程自动销毁

  • 缺点

  1. 开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，每一个线程都要占用512KB）、
  2. 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
  3. 线程越多，CPU在调用线程上的开销就越大
  4. 程序设计更加复杂，比如线程之间的通信、多线程的数据共享

多线程原理

  • 单核 （单核CPU）同一时间，CPU只能处理一个线程。换言之，同一个时间只有一个线程在执行
  • 多核 CPU快速的在多个线程之间切换。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。

多线程的四种实现方式

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线程生命周期

未命名文件 (7).png

线程池的概念

线程池.png

饱和策略

  1. AbortPolicy 直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻止系统正常执行
  2. CallerRunsPolicy 将任务回退调用者
  3. DisOldestPolicy 丢弃等待最久的任务
  4. DisCardPolicy 直接丢弃任务

饱和策略的目的是按照任务优先级丢弃部分任务，缓解CPU的压力。这四种拒绝策略均实现的RejectedExecutionHandler接口

任务的执行速度的影响因素

  1. CPU 调度能力
  2. 任务的复杂度（时间复杂度，空间复杂度等）
  3. 任务优先级
  4. 线程的状态

优先级翻转

概念：高优先级任务被低优先级任务阻塞，导致高优先级任务迟迟得不到调度。但其他中等优先级的任务却能抢到CPU资源。

  • IO密集型：频繁等待的线程
  • CPU密集型：很少等待的线程 正常情况下，CPU密集型优先级会比IO密集型优先级要高

优先级因素

  1. 优先级指定
// 用户指定，优先级依次降低
typedef NS_ENUM(NSInteger, NSQualityOfService) {
    NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21,
    NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19,
    NSQualityOfServiceUtility = 0x11,
    NSQualityOfServiceBackground = 0x09,
    NSQualityOfServiceDefault = -1
} API_AVAILABLE(macos(10.10), ios(8.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

  • 等待的频繁度

    如果任务执行的频繁度很高，CPU会降低任务的优先级

  • 长时间不执行

    如果任务长时间不执行，CPU会提高任务的优先级

锁

  • 互斥锁 多线程编程中，防止两条线程同时对同一公共资源（比如全局变量）进行读写的机制。改目的通过将代码切片一个一个的临界区而达成
  • 自旋锁 多线程同步的一种锁，线程反复检查锁变量是否可用。由于线程在这一过程中保持执行，因此当前线程一直保持忙等。线程获取自旋锁，线程会一直保持该锁，直至显示释放自旋锁。自旋锁避免了进程上下文的调度开销，因此对于线程只会阻塞很短的时间场合是有效的。
  • 条件锁 进程的某些资源要求不满足时就会进入休眠，就是锁住了，当资源被分配到了，条件锁打开，进程继续执行。

atomic 和 nonatomic 的区别

  • nonatomic 非原子属性 在自己管理的内存环境中，解析的访问器保留并自动释放返回的值，如果指定了nonatomic，那么访问器只是简单的返回这个值
  • atomic 原子属性（线程安全） 针对多线程设计的，默认值；保证同一时间只有一个线程能够写入（但是同一个时间多个线程可以取值）

原子属性存在开销，需要消耗大量的资源。日常开发基本使用nonatomic，因为UIKit只允许在线程中操纵UI元素，由于只会在指定的线程内进行访问；即使属性设置atomic，线程也不一定保证安全。

线程和Runloop的关系

  1. runloop与线程是一一对应的，一个runloop对应一个核心线程，为什么说是核心的，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面
  2. runloop是来管理线程的，当线程的runloop被开启后，线程会在执行完成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在第一次获取是被创建，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，只有我们使用的时候才睡创建，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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