iOS-多线程

晓之卫
428 阅读6分钟

1、线程与进程

1.1、进程

  • 进程是一个在系统中正在运行中的应用程序
  • 每个进程间相互独立，分别运行在各自专用的且受保护的内存空间中（沙盒）
  • “活动监视器”可以查看Mac中所有进程信息（前边带小图标表示有桌面权限）
  • iOS系统和安卓有多进程（可以进程间通讯），iOS的App是单进程的

1.2、线程

  • 线程是进程的基本执行单元，进程的所有任务都要分配给线程完成
  • 程序默认开启一条 主线程 也叫 UI线程

1.3、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，⽽进程间则是独⽴的地址空间（线程只能用进程的地址空间）。
  • 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。

补充

  1. ⼀个进程崩溃后，在保护模式下不会影响其他进程，但是⼀个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程⽐多线程健壮。
  2. 进程切换时，消耗的资源⼤，效率⾼。所以频繁的切换时，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. TLS: 本地的线程暂存空间，线程的局部存储空间是系统为线程单独提供的私有空间，通常只具有有限的容量，并不属于线程，是操作系统单独安排的

2、多线程的优缺点

2.1、优点

  1. 能适当提高程序执行效率
  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后，线程自动销毁

2.2、缺点

  1. 开启线程需要占用一定的内存空间（默认每个线程512KB、90μs的时间，主线程是1M）
  2. 若大量开启线程，会占用大量内存空间，降低程序性能
  3. 线程越多，CPU在调用线程上的开销就越大
  4. 程序设计更加复杂，比如线程间的通讯、多线程的数据共享等

3、多线程原理

  • 时间片：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
  1. （单核CPU）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
  2. 多线程同时执行 
    • 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"同时"执行的效果
  3. 线程数很多时
    • CPU会在N个线程间切换，消耗大量的CPU资源
    • 每个线程被调度的次数会降低，线程执行效率降低 4.多线程是程序设计的逻辑层概念

4、多线程资料

​​

C与OC的桥接 

  1. __bridge 只做 类型转换，但是 不修改对象（内存）管理权
  2. __bridge_retained（也可以使用CFBridgingRetain）将 Object-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
  3. __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

5、线程的生命周期

  • 多线程的生命周期主要分为5部分：新建 - 就绪 - 运行 - 阻塞 - 死亡 ​

  • 新建：实例化线程对象

  • 就绪：线程对象调用start方法，将线程对象加入可调度线程池，等待CPU调用（即调用start方法），并不会立即执行，进入就绪状态，需要等待一段时间，经CPU时间片调度后再执行，也就是从就绪状态进入运行状态。

  • 阻塞：当满足某个预定条件时，可以使用休眠（即sleep），或者同步锁，阻塞线程执行。当进入sleep时，会重新将线程加入线程池中。

  • 死亡：分为两种情况，

    1. 正常死亡，即线程执行完毕
    2. 非正常死亡，即当满足某个条件后，在线程内部（或者主线程中）终止执行（调用exit方法等退出）

  • 运行：就是线程执行，处于运行中的线程拥有一段可以执行的时间(时间片)

    1. 如果时间片用尽，线程就会进入就绪状态队列
    2. 如果时间片没有用尽，且需要开始等待某事件，就会进入阻塞状态队列
    3. 等待事件发生后，线程又会重新进入就绪状态队列
    4. 每当一个线程离开运行，即执行完毕或者强制退出后，会重新从就绪状态队列中选择一个线程继续执行

6、线程池

​

  • 检查核心线程是否有空闲线程--检查线程池满没满（线程池容量有阈值）--检查线程池是否有空闲线程--饱和策略
  • GCD的线程池有 64条 线程，最大并发数是 8条

饱和策略

  • AbortPolicy：直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻止系统正常运行 （报异常）
  • CallerRunsPolicy：将任务回退到调用者（不处理）
  • DisOldestPolicy：丢掉等待最久的任务（放弃无用线程）
  • DisCardPolicy：直接丢弃任务（抛弃线程）
  • 这四种拒绝策略均实现的RejectedExecutionHandler接口

7、自旋锁与互斥锁

锁是用户保护临界区，确保同一时间，只有一条线程能够访问临界区。

7.1、自旋锁

  • 自旋锁在获取到资源之前一直处于忙等。
  • 自旋锁的使用场景：锁持有时间短，使用在短小的内容上，且线程不希望在重新调用上花太多成本。OC属性的关键字atomic就是使用了自旋锁。
  • 使用自旋锁，当心线程访问代码时，如果发现其他线程转给你在锁定代码，新线程会用死循环的方法，一直等待锁定的代码执行完成，比较消耗性能。

7.2、互斥锁

互斥锁小结

  • 保证锁内的代码，同一时间，只有一条线程能执行
  • 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

  • 能够加锁的任意 NSObject 对象
  • 锁对象一定要保证所有的线程都能够访问
  • 如果代码中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
  • 互斥锁在获取到资源之前是休眠状态，释放资源后会被唤醒。

8、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），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都可以取值，也会导致线程安全问题），
    • atomic本身就有一把锁（自旋锁）
    • 单写多读：单个线程写入，多个线程可以读取
    • 需要消耗大量资源
  • atomic与nonatomic只是内部代码是否加锁的一个标识
objc-accessors.mm :

if (!atomic) {
    oldValue = *slot;
    *slot = newValue;
} else {
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    slotlock.lock();
    oldValue = *slot;
    *slot = newValue;
    slotlock.unlock();
}

两者选择的iOS开发建议

  • 所有属性都声明为nonatomic
  • 尽量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，减小移动端压力

9、线程和Runloop的关系

  1. runloop和线程是一一对应的，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，但是核心只有一个，他们的关系保存在一个全局变量字典里
  2. runloop是用来管理线程的，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

10、优先级反转

10.1、任务执行的影响因素

  • CPU的调度
  • 执行任务的复杂度
  • 任务的优先级
  • 线程的状态

10.2、优先级反转

两种线程：IO密集型（IN、OUT）、CPU密集型

  1. IO密集型，频繁等待的线程。更容易得到优先级提升。
  2. CPU密集型，很少等待的线程。
  • IO密集型线程容易饿死。
  • CPU调度来提升等待线程的优先级

10.3、优先级的影响因素

  • 用户指定。
  • 等待的频繁度。
  • 长时间不执行。
avatar
文章
阅读
粉丝