iOS-面试题 多线程（夯实基础学习笔记-温故知新4）

你理解的多线程？

iOS的多线程方案有哪几种？你更倾向于哪一种？

你在项目中用过 GCD 吗？

GCD 的队列类型

说一下 OperationQueue 和 GCD 的区别，以及各自的优势

线程安全的处理手段有哪些？

OC你了解的锁有哪些？在你回答基础上进行二次提问；
追问一：自旋和互斥对比？
追问二：使用以上锁需要注意哪些？
追问三：用C/OC/C++，任选其一，实现自旋或互斥？口述即可！

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GCD中有2个用来执行任务的函数

用同步的方式执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
queue：队列
block：任务

用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

GCD源码：https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch

GCD的队列可以分为2大类型

并发队列（Concurrent Dispatch Queue）
可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

串行队列（Serial Dispatch Queue）
让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行

同步和异步主要影响：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

并发和串行主要影响：任务的执行方式
并发：多个任务并发（同时）执行
串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务

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多线程的安全隐患

• 资源共享
  1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源
  比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件

• 当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题

  
  
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iOS中线程同步方案

OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized


注：
GNUstep是GNU计划的项目之一，它将Cocoa的OC库重新开源实现了一遍
源码地址：http://www.gnustep.org/resources/downloads.php
虽然GNUstep不是苹果官方源码，但还是具有一定的参考价值

1. OSSpinLock叫做”自旋锁”，等待锁的线程会处于忙等（busy-wait）状态，一直占用着CPU资源
   目前已经不再安全，可能会出现优先级反转问题
   如果等待锁的线程优先级较高，它会一直占用着CPU资源，优先级低的线程就无法释放锁
   需要导入头文件#import

#import 
//初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT；
//尝试加锁
bool result = OSSpinLockTry(&lock);
//加锁
OSSpinLockLock(&lock);
//解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);

2. os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock，从iOS10开始支持

• 从底层看，等待os_unfair_lock 琐，会处于休眠状态，并非忙等
• 需要导入头文件 #import

//初始化
os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
//尝试加锁
os_unfair_lock_trylock(&lock);
//加锁
os_unfair_lock_lock(&lock);
//解锁
os_unfair_lock_unlock(&lock);

3. pthread_mutex

• mutex 叫做“互斥锁”，等待琐的线程会处于休眠状态
• 需要导入头文件#import

//初始化琐的属性
pthread_mutexattr_a attr;
pthread_mutextattr_init(*attr);
/*
Mutex type attributes
#define PTHREAD_MUTEX_NORMAL           0
#define PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 1
#define PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE      2   //递归琐
#define PTHREAD_MUTEX_DEFAULT           PTHREAD_MUTEX_NORMAL

*/
pthread_mutexattr_settype(&attr,PTHREAD_MUTEX_NORMAL);

//初始化琐
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex,&attr);
//尝试加锁
pthread_mutex_trylock(&mutex);
//加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
//解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
//销毁相关资源
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
pthread_mutex_destroy(&mutex);

pthread_mutex - 条件

//初始化琐
pthread_mutxt mutex;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
//初始化条件
pthread_cond_t condition;
pthread_cond_init(&condition,NULL);
//等待条件（进入休眠，放开mutex琐；被唤醒后，会再次对mutex加锁）
pthread_cond_wait(&condition,&mutex);
//激活一个等待该条件的线程
pthread_cond_signal(&condition);
//激活所有等待的该条件的线程
pthread_cond_broadcast(&condition);
//销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&condition);

4.NSLock

• NSLock是对pthread_mutex的普通封装

@protocol NSLocking
- (void)lock;
- (void)unlock;
@end

@interface NSLock:NSObject 
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
@end


//初始化琐
NSLock lock = [[NSLock alloc] init];

5.NSRecursiveLock 也是对mutex 递归的封装，api 更NSLock 基本一致
6.NSCondition

• NSCondition 是对mutex 和 cond 的封装

@interface NSCondition:NSObject  
- (void)wait;
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate*)limit;
- (void)signal;
- (void)broadcase;
@end

7.NSConditionLock

• NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值

@interface NSConditionLock : NSObject  {
@private
    void *_priv;
}

- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition NS_DESIGNATED_INITIALIZER;

@property (readonly) NSInteger condition;
- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
- (BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit;

@property (nullable, copy) NSString *name API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

@end

8.dispatch_semaphore

• semaphore 叫做信号量
• 信号量的初始值，可以用来控制线程并发访问的最大数量
• 信号量的初始值为1，代表同时只允许1条线程访问资源，保证线程同步

//信号量初始值
int value = 1;
//初始化信号量
dispatch_semaphore_t  semaphore = dispatch_semaphore_create(value);
//如果信号量的值<=0 ,当前线程就会进入休眠等待（知道信号量>0）
//如果信号量的值>0,就减1，然后往下执行代码
dispatch_semaphore_wait(semaphore,DISPATCH_TIME_FOREVER);
//让信号量的值加1
dispatch_semaphore_signal(semaphore);

9. dispatch_queue

• 直接使用GCD的串行队列，也是可以实现线程同步

dispatch_queue queue = dispatch_queue_create("lock_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)；
dispatch_sync(queue,^{
      //任务
});

10. @synchronized

• @synchronized是对mutex递归琐的封装
• 内部自动生成obj 对应的递归琐，然后进行加锁，解锁操作

@synchronized(obj){
    //任务
}

iOS线程同步方案性能比较

os_unfair_lock
OSSpinLock
dispatch_semaphore
pthread_mutex
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSCondition
pthread_mutex_(recursive)
NSRecuresiveLock
NSConditionLock
@synchronized

自旋锁和互斥锁的比较

什么情况使用自旋锁比较划算？

• 预计线程等待锁的时间很短
• 加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生
• CPU资源不紧张
• 多核处理器

什么情况使用互斥锁比较划算？

• 预计线程等待锁的时间较长
• 单核处理器
• 临界区有IO操作
• 临界区代码复杂或者循环量大
• 临界区竞争非常激烈

atomic

atomic用于保证属性setter、getter的原子性操作，相当于在getter和setter内部加了线程同步的锁
可以参考源码objc4的objc-accessors.mm
它并不能保证使用属性的过程是线程安全的

iOS中读写安全方案

思考如何实现以下场景
同一时间，只能有1个线程进行写的操作
同一时间，允许有多个线程进行读的操作
同一时间，不允许既有写的操作，又有读的操作

上面的场景就是典型的“多读单写”，经常用于文件等数据的读写操作，iOS中的实现方案有
pthread_rwlock：读写锁
dispatch_barrier_async：异步栅栏调用

pthread_rwlock

• 等待琐的线程会进去休眠

//初始化琐
pthread_rwlock_t lock;
pthread_rwlock_init(&lock,NULL);
//读 - 加锁
pthread_rwlock_rdlock(&lock);
//读-尝试加锁
pthread_rwlock_tryrdlock(&lock);
//写加锁
pthrad_rwlock_wrlock(&lock);
//写-尝试加锁
pthread_rwlock_trywrlock(&lock);
//解锁
pthrad_rwlock_unlock(&lock);
//销毁
pthread_rwlock_destroy(&lock);

dispatch_barrier_async

• 这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的
  如果传入的是一个串行或是一个全局的并发队列，那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果

//初始化队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("rw_queue",DISPATH_QUEUE_CONCURRENT);
//读
dispatch_async(queue,^{

})
//写
dispatch_barrier_async(queue,^{
})