iOS多线程

首先每个正在运行的应用程序都是一个进程,每个进程系统都会分配独立的内存资源。而一个进程中的所有任务都是在线程中执行的,所以每个进程至少有一个线程,这个线程也称为主线程,而如果想要并发执行多个任务那么就要开启多条线程,也称为多线程。多线程在一定意义上实现了进程内的资源共享,以及效率的提升。同时,在一定程度上相对独立,是执行任务最基本的单元,有自己栈和寄存器。而对应单核 CPU 来说,多线程并不是真正意义上并发执行任务,只是CPU快速地在多条线程之间调度,CPU调度线程的时间足够短,就造成了多线程并发执行的假象。就单核CPU而言多线程可以解决线程阻塞的问题,但是其本身效率并没有提高,多核CPU的并行才真正解决了运行效率问题。

上面这段抄的,来源在这


iOS 多线程方案

1. pthread 这个是一套 C 语言跨平台多线程 API,其产生的线程生命周期是需要手动管理

2. NSThread 是苹果对 pthread 面向对象的封装,和上面一样是需要手动管理线程生命周期

3. GCD 是苹果另一套多线程解决方案,其线程生命周期是自动管理,使用简单,也是最常使用的

4. NSOperation 是苹果基于 GCD 面向对象封装,提供了一实用的功能,例如设置线程最大并发数,添加线程间依赖等


GCD

首先在 GCD 中并不直接操作线程,而是通过其提供的任务管理方式队列和任务执行方式同步和异步,间接管理线程

队列作用:任务的执行方式

队列分为两种,一种是是串行队列,一种是并发队列

串行队列:一个任务完成后再执行下一个任务,根据先进先出的按顺序执行

并发队列:多个任务并发(同时)执行

特殊的队列:全局队列和主队列

全局队列是并发队列,而主队列是在主线程上,是串行队列

同步和异步作用:能不能开启新的线程

同步:在当前线程中执行任务,不具备开启新线程的能力

异步:在新的线程中执行任务,具备开启新线程的能力

只要是同步或主队列两者占一项,就不会开启新线程,串行执行任务;

只有异步并且不是主队列,才会开启新线程,根据其搭配的队列并发或串行是否执行任务

在 GCD 中使用 sync 同步函数往当前串行队列添加任务,就会产生死锁阻塞线程


常用函数 

dispatch_sync 同步执行任务

dispatch_async 异步执行任务

dispatch_once 只执行一次使当前添加的任务,并且是线程安全的,常用于创建单例对象

dispatch_apply 使当前添加的任务执行指定次数,这个相当于内置循环执行多次任务,这个函数会调用主线程执行任务,如果是任务耗时不要使用,使用手动设置循环调用多次异步并发队列执行耗时任务

dispatch_after 使任务延迟执行

dispatch_group_async 与 dispatch_group_notify 添加任务依赖,执行完前者的任务之后都会执行后者的任务

dispatch_group_wait 会阻塞当前线程,等待 group 中的任务执行完,之后再回到当前线程执行

dispatch_barrier_async 并发执行任务时,当前添加任务不会执行,执行当前任务时是串行执行,使用场景 IO的多读单写


线程同步方案

OSSpinLock

这个是自旋锁,等待锁的线程会处于忙等状态,一直占用 CPU 资源,从 iOS10开始,会出现警告,因为这个锁不再安全,可能会出现优先级反转的问题,如果等待的线程优先级较高,它会一直占用 CPU 资源,优先级低的线程就无法释放锁资源

os_unfair_lock

是 iOS10之后才支持的,是 apple 用来取代 OSSpinLock 一种线程同步方案,是互斥锁,和自旋锁区别在于等待锁资源的线程会处于休眠状态,并非忙等状态

一般开启多线程时,如果涉及到线程同步的说,不建议修改线程优先级,容易出现优先级反转的问题,特别是使用 OSSpinLock 时

一般来说,只要不是对耗时任务进行使用线程同步,那么使用自旋锁的效率和开销会优于互斥锁,因为线程执行任务的时间短,自旋锁会一直忙等,及时拿到锁资源,如果是互斥锁,因为线程执行任务的时间短,这种频繁休眠唤醒操作会增加资源开销,降低效率,如果是耗时任务线程同步,那么使用互斥锁优于自旋锁,因为自旋锁等待的线程处于激活状态一直访问锁资源,而另外拿到锁资源的线程此时还没给 CPU 调度到,所以此时耗时任务没有执行完,无法释放锁资源,此时会降低效率

两者 api 几乎一样,锁的初始化都是宏定义提供的,前者宏定义是0,后者是将 os_unfair_lock 结构体初始化

#define OS_SPINLOCK_INIT    0

#define OS_UNFAIR_LOCK_INIT ((os_unfair_lock){0})

提供的3个函数 lock unlock tryLock

tryLock 表示,当前是否能拿到锁资源,能就返回 YES,可以配合 if 一起使用

pthread_mutex

mutex 表示互斥锁,是一套 c 语言的跨平台线程同步 api

初始化是,可以选择锁的类型,一种是默认就是互斥锁,一种是递归锁

递归锁的特性是,不同线程间就跟互斥锁特性一样,但是可以让同一个线程多次获取锁资源,主要使用场景就是对一个递归方法进行线程同步

mutex 这套 api 还有个特点就是给线程添加条件 condition

他提供了三个函数

pthread_cond_wait() 接收两个参数,一个是条件,一个线程,可以让当前线程等待,因为是互斥锁 ,等待时会休眠,同时释放锁的资源,等待被当前条件重新激活,激活时会唤醒,线程重新拿到锁的资源

pthread_cond_signal() 会激活一个等待该条件的线程

pthread_cond_broadcast() 激活所有等待该条件的线程

NSLock

是 apple 对 mutex 互斥锁的面向对象封装 

NSRecursiveLock

是 apple 对 mutex 递归锁的面向对象封装 

NSCondition

是 apple 对 mutex 条件的面向对象封装 

NSConditionLock

这个 NSCondition 进一步的封装,这点在于可以设置具体的条件值,只有满足条件值的线程才能拿到锁的资源,在释放锁的资源时可以更改条件值

@synchronized

也是对 mutex 递归锁封装,@synchronized(obj) 其内部会生成 obj 对应的递归锁,然后进行加锁、解锁操作,但是性能不好,不推荐使用


GCD 提供线程同步方案

dispatch_semaphore

semaphore 也就是信号量,这个信息量可以用来控制线程并发访问量大数量

当设置信号量为1,代表同时只允许1条线程访问资源,保证线程同步

提供 3个函数

dispatch_semaphore_create(value) 初始化信息号

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER) 如果信息量的值 <=0,当前线程就会进入休眠等待,直到信息量的值 >0,如果信息量的值 >0 就减 1,让线程往下执行后面的代码

dispatch_semaphore_signal(semaphore) 让信息号加1

wait 和 signal 和之前 condition 条件很像

DISPATCH_QUEUE_SERIAL

直接使用 GCD 的串行队列,也是可以实现线程同步的


读写安全方案-多读单写

pthread_rwlock 读写锁

dispatch_barrier_async 异步栅栏函数 

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