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一、资料准备

《POSIX多线程程序设计》，支持正版。所以自己找资源吧。

苹果官方关于线程的文档 : 苹果官方线程文档

二、线程和进程的概念

1. 什么是进程

(1). 进程的理解

进程可以分成广义和狭义的解释 :

广义 :

进程是 : 一个具有一定独立功能的程序，关于某个数据集合的活动。

进程是操作系统动态执行的基本单元，既是基本分配单元，也是基本执行单元。也就是说，操作系统想要动态的运行起来，必须得有进程。没有进程，操作系统就不能执行。

狭义 :

进程就是一个正在运行的程序实例。

以iOS的app举例，原则上iOS是不支持多进程的。这个不支持的意思就是 : 每个进程之间的运行都是独立的，每个进程都在它自己专用的、收到保护的内存空间上执行，拥有着独立运行所需要的全部资源。

仅以iOS为例，可以更狭义的理解进程 :

仅以iOS原则为例，更狭义的说，一个进程就是一个正在运行的app。

(2). iOS为什么是单进程

(1). iOS系统是沙盒模式的设计，一个进程一个sandBox。进程与进程之间是不可以互相访问和利用资源的。这使得每个进程的资源都更加的安全、隐私性更加的优秀。

(2). 进程之间的切换和通信，可以使效率更高，但是随之而来的是资源消耗的增大。

(3). 个人猜测 : 没必要多进程。因为苹果的官方工程师都是大牛，没必要给我这种小菜这么大的权限可以切换进程。因为多进程就意味着更多的资源，做不好资源的优化，只会使app越来越卡。

2. 什么是线程

在计算机中，线程是一种能够实现某种功能的基本单元。而针对iOS来说，因为iOS原则上不支持多进程，我们可以更具体的理解这句话为 :

线程是进程的基本单元。是程序执行流的最小单元。是处理器调度的基本单位。一个进程的的所有任务都在线程中执行。

针对iOS :

针对iOS，进程想要执行任务，必须至少拥有一条线程。

在iOS进程(就是app)启动的时候，默认会开启一条线程，这条默认线程就是我们常说的主线程。也可以叫它UI线程，因为这条默认的线程负责的是处理UI事件，包括显示和刷新。

3. 进程和线程之间的关联

地址空间共享。所谓地址空间共享，就是同一个进程中的所有线程，共享这个进程的地址空间。

资源分配共享。同一个进程中的所有线程，共享这个进程的资源，包括但不限于 : 内存、I/O、CPU。

iOS中，线程才是处理器调度的基本单位。

4. 多线程

4.1 多线程存在的意义

多线程是为了使进程中的任务处理不延误，一个任务的延误不耽误其他任务的执行。加快了任务的处理效率。

4.2 单核CPU实现多线程的原理

多核才存在真正意义上的多线程，单核的多线程只是一个伪概念。

正常来说，单核的CPU，在同一个时间点，只能处理一个任务。但是如果单核CPU在单位时间里，在多条线程之间快速切换调度，就会造成一种单核CPU可以多线程并行的假象。这种行为或者说思想，也被叫做时间片轮转。

为什么要不停的时间片轮转呢？

举个例子说，有5个人，饿的不行了，突然遇到了一个人给他们喂饭吃，如果让第一个人吃饱了，再让第二个人吃，然后再让第三个人吃，直到第五个人，那么第五个人可能还没等到前四个人吃完呢，就gg了。为了不让后面吃饭的人gg，最好的办法就是一人吃一口，都先别奔着吃饱使劲，都奔着别gg使劲。

这5个人就是线程，这个喂饭的人就是单核CPU。这么做既是为了让所有的线程都可以存活，也自然的提升了单核CPU的利用率，也是利益最大化的体现。

4.3 多线程的优缺点

优点 :

可以适当的提高程序的执行效率。

可以适当的提高资源的利用率。例如 : CPU和内存的利用率。

线程上的任务执行完成之后，线程是可以自动销毁的。

缺点 :

对比多进程来说，多线程是不够健壮的。

例如 : 如果是多进程，当一个进程crash之后，是不会影响其他的进程。但是多线程就不行，同一个进程中的多线程，一旦有一个线程发生问题，比如crash，那么整个程序都会crash。

多线程是要占用内存空间的。

例如 : iOS中进程默认开启的主线程是需要1M的栈区内存。其他的二级线程要占用512K的栈区空间。

多线程影响CPU性能

例如 : CPU在多条内存之间快速切换调用是需要性能的，要调用的线程越多，CPU切换的就越频繁，这就会导致每条线程被调用的频次就会降低，频次越低，线程里的任务执行的效果就越差，如果想要保证每条线程里的任务都可以完成的很好，就要加大资源开销，让人在感官上感受不到执行效率变差了。

多线程的程序的设计就会更复杂

例如 : 多线程之间如何通信、多线程的数据共享。

5. 线程的生命周期

创建。可以理解为创建一个线程对象。

就绪。线程是可以运行的状态，并且被加入了可调度线程池，但是在等待CPU的调度。比如进程刚刚启动，或者这个进程刚从阻塞状态中恢复，或者可能被调度的权利被其他的线程抢占了。

运行。线程正在执行自己内部的任务，也就是被CPU调度了。在线程执行完任务之前，线程的状态可能会在就绪和运行之间多次切换，这个切换，是由CPU决定的，不受我们的控制。

阻塞。线程处于无法执行任务的状态，比如调用了sleep()、等待同步锁(@synchronized)，从可调度线程池中移除。

销毁。线程中的任务执行完毕了。执行完毕就可以退出。也可能是满足某个条件之后，在线程的内部或者主线程中手动终止线程的执行，进而结束执行任务，进行销毁。

线程绝大多数的时间都处于2，3，4这三种状态，也就是 : 就绪、运行、阻塞。

对于线程的销毁，有两种常见的方法 : cancel和exit，它们的区别是 :

exit : 强制终止线程。只要exit，后面的所有代码都不会执行。

cancel : 不会强制终止正在执行的线程。终止的只是当前的线程。

图片.png

6. 线程池

容纳线程的容器，就叫线程池。线程池存在三种容量 : 最大容量，核心容量，当前容量。

线程池是如何容纳线程的 :

图片.png

四个缓存策略 :

AbortPolicy ：饱和策略的默认策略。当前的线程池已经与核心线程池的容量一致，并且当前线程池的工作队列已经满了，并且当前线程池中的所有线程都在工作。那么就只能在新任务要加入的时候抛出异常(调用这个接口RejectedExecutionExeception)，这个异常可以由调用者捕获。

CallerRunsPolicy : 这是饱和策略的调节策略。既不放弃任务，也不抛出异常，而是将某些任务回退到调用者。它不会在线程池的线程中执行新的任务，而是在exector线程中执行新的任务。

DiscardPolicy : 直接抛弃新提交的任务。

DiscardOldestPolicy : 抛弃最长时间没执行的任务，就是队列头部的任务，然后尝试提交新的任务。这种策略不适合工作队列为优先队列的场景。

三、iOS中的多线程

1. 多线程方案

常见的4种iOS的

方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	1. 一套通用的多线程`API`; 2. 适用于`Unix`、`Linux`、`Windows`等系统; 3. 具有跨平台性、可移植性; 4. 使用难度较大。	C	程序员管理	极少使用(不是大牛，不建议直接操作pthread)
NSThread	1. 面向对象 2. 比`pthread`简单，直接操作线程对象	OC	程序员管理	较少使用
GCD	1. 苹果推荐，替代`NSThread` 2. 充分利用设备的多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	1. 基于`GCD`实现 2. 比`GCD`多一些简单实用的功能 3. 更加的面向对象	OC	自动管理	经常使用

2. 举例

- (void)jd_thread_test:(NSString *)name
{
    NSLog(@"\n方式 : %@\n当前线程 : %@ -- 主线程 : %@",name,[NSThread currentThread],[NSThread mainThread]);
}

void *jd_pthread_use(void *param)
{
    NSLog(@"\n方式 : %@\n当前线程 : %@ -- 主线程 : %@",param,[NSThread currentThread],[NSThread mainThread]);
    return NULL;
}

- (IBAction)jd_pthread:(UIButton *)sender {
    
    // 定义一个线程标识符，程序中用线程标识符来表示线程
    pthread_t jd_thread;
    /**
     参数 :
     1. pthread_t类型的线程变量，要传地址，如果不是指针，那就&取地址
     2. 线程的属性，不知道填什么，或者没什么特定的情况，就填NULL
     3. 线程中要执行的函数的地址，也就是说，不要在这里传参数，直接把函数名放进去就行了
     4. 3中的函数的参数
     */
    pthread_create(&jd_thread,NULL,jd_pthread_use,@"pthread");
}

- (IBAction)jd_NSThread:(UIButton *)sender {
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(jd_thread_test:) toTarget:self withObject:@"NSThread"];
}

- (IBAction)jd_gcd:(UIButton *)sender {
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        [self jd_thread_test:@"GCD"];
    });
}

- (IBAction)jd_NSOperation:(UIButton *)sender {
    NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [q addOperationWithBlock:^{
        [self jd_thread_test:@"NSOperation"];
    }];
}

3. 线程间的通讯

苹果官方给了7种通信机制 : 官方线程通信机制

翻译一下 :

通信机制	描述
直接消息传递	Cocoa应用程序支持直接在其他线程上执行方法。这意味着一个线程可以直接在其他任何的线程上执行一个方法。因为方法是在目标线程的上下文执行的，所以以这种方式通信发送的消息会自动在该线程上自动化。
全局变量、共享内存、对象	在两个线程间通信，另一种简单的方法就是通过全局变量、共享内存块、对象。这种方法快速而简单，但是对比直接消息传递更脆弱。必须使用锁或者其他同步机制保护共享的变量，确保代码的正确。如果不这样做的话，可能会引发竞态条件、损坏数据甚至崩溃。
Conditions	Conditions是一种同步工具，本身是一种特殊类型的锁。使用Conditions可以控制线程中特定代码的执行时间。可以把Conditions看作一个守卫，只有条件满足了，才允许线程运行。
Run loop sources	通过自定义Runloop source的配置，可以用来让线程接收特定消息。由于Runloop source是依靠事件来驱动的，所以Runloop source在无事可做的时候，会让线程进入自动休眠状态，这也提高了线程的效率。
Ports and sockets	基于端口的通信是两个线程之间更复杂的一种通信方法，但是它更可靠。端口和套接字还可以用于与其他进程和服务通信。为了提高效率，端口是通过Runloop source实现的，所以端口上没有数据的时候，也会让线程进入休眠状态。
消息队列	传统的多进程服务定义了FIFO抽象队列，用来管理消息的传入和传出。消息队列优点是简单方便。缺点是没有其他通信机制的高效率。
Cocoa分布式对象	基于Cocoa的分布式对象，它提供了基于端口通信的高级实现，可以作用于线程间通信。但是资源开销大。可以尝试用它做进程间通信，而不是线程间通信。

三十三、多线程