OC Block
这是我参与「第四届青训营 -IOS场」笔记创作活动的第3篇笔记
背景知识
进程与线程
- 进程 Process
- 程序是运行的一个实例，是资源分配的最小单位。
- 独立地运行在其专用受保护的内存空间内
- 一个进程可包含多个线程
- 线程 Thread
- 是操作系统实施调度的最小单位。
- 同一进程的线程共享线程的内存空间（代码段，数据段，堆，文件资源等）。
- 每个线程有独立的寄存器，栈，线程局部存储等私有数据。
串行, 并行, 并发
- 串行 serial computing: 多个任务按顺序执行
- 并行 parallel computing: 多个任务同意时刻被执行
- 并发 concurrent computing: 多个任务在同一时间段内被执行, 侧重现象的"发生"
线程的生命周期与线程调度
- 线程的生命周期: 新建(new)，就绪(runnable)，运行(running)，阻塞(block)，死亡(dead)
- 线程调度: 多个线程根据系统调度规则轮流被处理器执行一小段时间(不一定完成执行)。
多线程编程的优缺点
- 优点: 提高程序的执行效率和资源利用率
- 缺点: 线程维护(创建与调度)系统开销可能很大, 错误的调度可能会引起线程安全问题, 也会增加程序设计的复杂度。
IOS的多线程
Runloop
- 事件接收和分发机制的一个实现
- 用于线程的持续运行与维护线程中的各种事件
- 程序主线程默认开启Runloop, 其他线程需要手动开启
主线程 Main Thread
- IOS App 启动时默认开启的一条线程, 默认开启Runloop
- 负责UI界面的刷新与UI交互事件的处理, 因此主线程也被称为"UI线程"
- 在多线程编程的理念中, 耗时操作被分配到子线程来执行
多线程编程实现方案对比
- Pthread
- POSIX Threads, portable Portable Operating System Interface Thread.
- 一套基于C语言的通用的多线程API, 适用于类Unix\Windows等系统, 跨平台, 可移植
- 程序员管理线程生命周期
- NSThread
- 一套苹果官方提供的基于OC语言的面向对象多线程API, 可通过KVO监听部分属性
- 程序员管理线程生命周期
- GCD
- Grand Central Dispatch
- 一套苹果官方提供的基于C语言的异步执行任务的技术之一, 系统级的线程管理
- 抽象出了任务、队列等概念, 开发者只需集中于任务的编写和派发
- 系统自动使用多核, 自动管理线程生命周期
- NSOperation， NSoperationQueue
- 一套苹果官方提供的基于GCD (OC语言) 的面向对象多线程API, 可通过KVO监听任务状态
- 可指定任务之间的依赖关系, 控制执行顺序, 设定任务并发数
GCD 中央调度
任务与队列
- 任务 Task: 线程中执行的代码, 以
block的形式提交到队列 - 队列 Queue: 任务派发队列, 队列中的任务按先进先出(FIFO)的次序被派发到线程进行处理
串行队列与并发队列
- 串行队列 Serial Dispatch Queue: 队列中的任务在单线程中依序执行, 当前执行的任务结束后才能执行下一个任务
- 并行队列 Concurrent Dispatch Queue: 在异步执行的情况下, 队列中的任务可被分发到多个线程下同同时执行
IOS 队列获取与创建
//获取系统队列
//Main dispatch queue - 主队列, 串行队列, 只在主线程中执行
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
//Global Dispatch Queue - 全局队列, 并发队列, 有4种优先级
//DISPATCH_QUEUE_HIGH, DISPATCH_QUEUE_DEFAULT, DISPATCH_QUEUE_LOW, DISPATCH_QUEUE_BACKGROUND
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_HIGH， 0);
//创建自定义队列
//DISPATCH_QUEUE_SERIAL - 串行队列; DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT - 并行队列
dispatch_queue_t myQueue = dispatch_queue_create("myQueueLabel", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
同步执行与异步执行
//同步执行
void dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
//异步执行
void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
| 是否等待任务执行结束(阻塞队列后续任务的执行) | 并行队列 (Concurrent Dispatch Queue) | 串行队列 (Concurrent Dispatch Queue), 非主队列 | 主队列 | |
|---|---|---|---|---|
| 同步执行(dispatch_sync) | 是 | 不开启新线程, 在当前线程执行任务 | 不开启新线程, 在当前线程执行任务 | 发生死锁 |
| 异步执行(dispatch_async) | 否 | 开启(多个)新线程, 并行执行队列中的任务 | 开启(单个)新线程, 串行执行队列中的任务 | 不开启新线程, 在主线程下一个Runloop执行任务 |
GCD常用API
dispatch_after
- 延时提交任务到队列
//延时时间为三秒
dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3 * NSEC_PERSEC);
//void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
dispatch_after(time, myQueue, ^{
//do something
});
dispatch_group, dispatch_group_notify 和 dispatch_group_wait
- 希望一个Dispatch Queue 多个任务执行完后再执行某个任务
dispatch_group_notify是一个异步API，因此不会阻塞当前线程的执行- 可以用
dispatch_group_wait设置等待上限 (超时等待)，是一个同步API，因此会阻塞当前线程的执行(等待当前任务执行结束或者超时)
//创建 dispatch group
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
//追加任务到myQueue和group里
dispatch_group_async(group, myQueue, block0);
dispatch_group_async(group, myQueue, block1);
//group 中所有任务完成后告知主线程执行指定任务
//void dispatch_group_notify(dispatch_group_t group, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
//do something
});
//超时等待 1: 永久等待group执行完，效果同 dispatch_group_notify
dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
//超时等待 2: 等待group至多执行5秒
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 5 * NSEC_PERSEC);
//通过返回值来查看任务执行情况
long result = dispatch_group_wait(group, time);
//result = 0: group中所有任务都已执行结束
//result != 0: 超时
dispatch_apply
- 快速迭代, 按照指定次数讲指定任务追加到派发队列，并等待队列中所有任务执行结束, 多用于并发队列。
dispatch_apply是同步API。- 由于dispatch_apply 会等待队列任务结束，如果在主线程中使用会引起卡顿或者死锁, 尽量在
dispatch_async中异步执行。
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_async(globalQueue, ^{
//子线程异步执行
//void dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void(^block)(size_t iteration));
dispatch_apply(10, globalQueue, ^(size_t iteration){
NSlog(@"这是第 %@ 次循环", @(iteration));
});
//回到主线程执行
dispatch_async(mainQueue, ^{
NSLog(@"done");
});
});
dispatch_once
- 任务在整个程序生命周期中只执行一次, 常用于单例模式
//以下下代码保证单例 Singleton 在整个程序生命周期只会初始化一个.
static Singleton *instance = nil;
+ (Singleton *)sharedInstance {
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
instance = [Instance new];
});
return instance;
}
线程安全和线程同步
- 原子操作 Atomic Instruction: 会被编译成只有单个机器指令执行的操作。
- 临界区 Critical Session: 不能被并发执行的一段代码, 如共享数据、代码块。
- 线程同步: 每个线程对临界区的访问都是原子操作, 即多个线程不能同时访问临界区。
锁:
互斥锁，递归锁，条件变量，信号量...
互斥锁 Mutex Lock
- 临界区资源都会有互斥锁。
- 线程在访问临界区资源时会先请求获取对应的锁。如果锁未被占用，即可获取锁以及访问资源，访问结束后再释放锁; 如果锁被其他线程占用，便会等待直到锁重新可用。
信号量 Semaphore
- 允许多个线程并发访问资源，实现线程同步或者控制并发访问数量
- 临界区资源都会有个信号量，它代表当前还可以允许多少个线程申请并发访问。
- 线程访问资源前会先获取信号量
- 信号量-=1
- 如果信号量小于0，线程进入等待状态，否则继续执行。
- 线程访问结束后释放信号量
- 信号量+=1
- 如果信号量大于0，唤醒等待的线程来获取资源并执行。
死锁 Deathlock
产生死锁的四个必要条件:
- 互斥 Mututual Exclusion: 资源在同一时间只能被一个线程所持有
- 占有并等待 Hold and block: 线程可以在持有了某个资源的同时去请求其他资源
- 不可抢占 No Pre-emption: 线程不可以夺取被其他线程所占有的资源，只能等待占有资源的线程主动释放
- 循环等待 Circular Waiting: 线程等待形成环路
- 如：线程1占有A等待B, 线程2占有B等待A。
打破死锁的任意一个条件即可预防死锁的产生
OC 的线程安全与同步
@property 的原子属性 (atomic, nonatomic)
- atomic (default)
- 对属性的 getter, setter 调用是线程安全的
- 需要耗费资源为属性加锁
- nonatomic
- 属性访问不是线程安全的
- 访问效率比 atomic 高
dispatch_barrier_async
- 多线程场景下，不允许多写操作并发执行，不允许读写操作并发执行，但允许多读操作并发执行
dispatch_barrier_async可用于等待当前队列所有任务执行结束后，再追加指定任务X到队列，后续提交到任务也需要等待任务X执行结束.dispatch_barrier_async是同步API
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//并发读操作
dispatch_async(globalQueue, block0_for_reading);
dispatch_async(globalQueue, block1_for_reading);
//串行写操作
//dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
dispatch_barrier_async(globalQueue, block0_for_writing);
dispatch_barrier_async(globalQueue, block0_for_writing);
//并发读操作-需等待前面写操作执行结束
dispatch_async(globalQueue, block2_for_reading);
dispatch_async(globalQueue, block3_for_reading);
Dispatch Semaphore
- GCD 提供的信号量接口
