多线程

iOS多线程方案

Pthread : 一套通用的纯C语言的多线程API,适用于Unix\Linux\Windows等系统,跨平台\可移植,线程的生命周期需要程序员进行管理.常在加锁解锁场景中使用
NSThread :使用OC语言,更加面向对象,需要程序源管理生命周期,相对于pthread简单易用,可直接操作线程对象
GCD: 使用C语言实现,旨在替代NSThread等线程技术,充分利用设备的多核,自动管理线程的生命周期.
Operation : OC语言,使用更加面向对象,自动管理线程生命周期.是基于GCD的封装,比GCD多了一下简单易用的功能.
NSThread\GCD\NSOperation底层创建线程都用到pthread;

子线程执行任务.png

线程退出.png

NSOperation和GCD

控制最大并发数

NSOperationQueue可以设置最大并发数量（setMaxConcurrentOperationCount:该属性需要在任务添加到队列中之前进行设置），maxConcurrentOperationCount默认值是-1；如果值设为0，那么不会执行任何任务；如果值设为1，那么该队列是串行的；如果大于1，那么是并行的.
GCD:可以使用dispatch_semaphore,信号量是一个整型值，有初始计数值,代表同时只允许多少条线程访问资源,；可以接收通知信号和等待信号。当信号量收到通知信号时，计数+1；当信号量收到等待信号时，计数-1；如果信号量为0，线程会被阻塞，直到信号量大于0，才会继续下去.

dispatch_queue_t concurrentWorkQueue = dispatch_queue_create("concurrentWorkQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("serialQueue",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(3);

for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
  dispatch_async(serialQueue, ^{
      dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
      dispatch_async(concurrentWorkQueue, ^{
          NSLog(@"thread-info:%@开始执行任务%d",[NSThread currentThread],(int)i);
          sleep(1);
          NSLog(@"thread-info:%@结束执行任务%d",[NSThread currentThread],(int)i);
          dispatch_semaphore_signal(semaphore);});
  });
}
NSLog(@"主线程...!");

文章参考

NSOperration可以很容易管理各个操作之间的依赖关系（addDependency:）,CGD可以通过Block的嵌套实现/dispatch_barrier_async/dispatch_semaphore_t实现较为复杂

NSOperration可以通过KVO监控操作进行的状态（准备、执行中、完成、被取消），GCD无；

GCD 只支持FIFO 的队列，而NSOperationQueue可以调整队列的执行顺序（通过调整权重）。NSOperationQueue可以方便的管理并发、NSOperation之间的优先级

GCD常用函数

GCD中有2个用来执行任务的函数, queue：队列, block：任务

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

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）.

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
使用sync函数往当前串行队列中添加任务，会卡住当前的串行队列（产生死锁）

队列组的使用

异步并发执行任务1、任务2
等任务1、任务2都执行完毕后，再回到主线程执行任务3

队列组.png

多线程的安全隐患

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.
解决方案：使用线程同步技术（同步，就是协同步调，按预定的先后次序进行）,常见的线程同步技术是：加锁.

iOS中的线程同步方案

OSSpinLock
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.

#import 
// 初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
// 尝试加锁(如果需要等待就不加锁,直接返回false;如果不需要等待就加锁,返回true)
bool result = OSSpinLockTry(&lock);
//加锁
OSSpinLockLock(&lock);
// 解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);

os_unfair_lock
os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ，从iOS10开始才支持
从底层调用看，等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态，并非忙等

#import 
// 初始化
os_unfair_lock 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);

pthread_mutex
mutex叫做”互斥锁”，等待锁的线程会处于休眠状态

#import 
// 初始化锁属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&att,PTHREAD_MUTEX_NORMAL);
// 初始化锁
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 – 递归锁

// 初始化锁的属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr,PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);

pthread_mutex – 条件

//初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
// NULL代表使用默认属性
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锁;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);
// 激活所有等待该条件的线程
pthread_cond_broadcast(&condition);
// 销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&condition);

pthread_mutex--条件

//初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
// NULL代表使用默认属性
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
// 初始化条件
pthread_cont_t condition;
pthread_cond_init(&condition,NULL);
// 等待条件(进入休眠,放开mutex锁,别唤醒后,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);
// 激活所有的等待该条件的线程
pthread_cond_broadcast(&condition);
// 销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&condition);

NSLock
NSLock是对mutex普通锁的封装,

// 初始化锁
NSLock *lock =[[NSLock alloc]init];

-(BOOL)tryLock;
-(BOOL)lockBeforeDate:(NSDate*)limit;
- (void)lock;
-(void)unlock;

NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致

NSCondition
NSCondition是对mutex和cond的封装,

-(void)wait;
-(BOOL)waitUntilDate:(NSDate*)limit;
-(void)signal;
-(void)broadcast;

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

@interface NSConditionLock : NSObject  
- (instancetype)initWithCondition:(NSInterger)condition;
@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;

dispatch_semaphore
信号量的初始值，可以用来控制线程并发访问的最大数量
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);
// 如果信号量值 <=0 当前线程就会进入休眠等待(只到信号量的值>0)
// 如果信号量的值 > 0 就减1 然后往下执行后面的代码(相当于线程加锁)
dispatch_semaphore_wait (semaphore,DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 让信号量的值加1(相当于线程解锁)
dispatch_semaphore_signal(semaphore);

dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
直接使用GCD的串行队列，也是可以实现线程同步的

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

})

@synchronized是对mutex递归锁的封装
@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作

自旋锁、互斥锁比较

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,它并不能保证使用属性的过程是线程安全的

iOS中的读写安全方案

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.OS中的实现方案有pthread_rwlock：读写锁, dispatch_barrier_async：异步栅栏调用.

// 初始化锁
pthread_rwlock_lock_t lock;
pthread_rwlock_init(&lock,NULL);
// 读  枷锁
pthread_rwlock_rdlock(&lock);
// 读-尝试枷锁
pthread_rwlock_tryrylock(&lock);
// 写-加锁
pthread_rwlock_wrlock(&lock);
// 写-尝试加锁
pthread_rwlock_trywrlock(&lock)
// 解锁
pthread_rwlock_unlock(&lock);
// 销毁
pthread_rwlock_destory(&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",DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 读
dispatch_async(queue,^{
});

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

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