一. GCD

说一下iOS中多线程的实现方案

多线程方案.png

① 这些多线程方案的底层都是依赖pthread
② NSThread线程生命周期是程序员管理，GCD和NSOperation是系统自动管理
③ NSThread和NSOperation都是OC的，更加面向对象
④ NSOperation基于CGD，使用更加面向对象

同步、异步、串行、并发的区别
同步（sync）：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
异步（async）：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务
并发：多个任务并发（同时）执行
dispatch_sync和dispatch_async的区别
dispatch_sync同步的方式执行任务，不具备开启线程的能力，它的任务在当前线程执行的。
dispatch_async异步的方式执行任务，具备开启线程的能力，它的任务在子线程执行的。
GCD的队列分类
① 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）
② 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

dispatch_sync和dispatch_async函数决定是否在当前线程执行，串行队列和并发队列决定任务是串行执行还是并发执行，他们决定的东西互不影响。

GCD函数和队列的组合

	全局并发队列	手动创建的串行队列	主队列
同步(sync)	没有开启新线程串行执行任务	没有开启新线程串行执行任务	死锁
异步(async)	有开启新线程并发执行任务	有开启新线程串行执行任务	没有开启新线程串行执行任务

死锁产生的原因？
首先要明白两个特点：
队列的特点：FIFO (First In First Out)，先进先出。
dispatch_sync函数的特点：sync函数要求立马在当前线程同步执行任务。
原因：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）。
performSelector:withObject:和performSelector:withObject:afterDelay:的区别？
① performSelector:withObject:的内部直接就是objc_msgSend。
② performSelector:withObject:afterDelay:的内部会创建一个RunLoop，再创建一个定时器，再把定时器添加到RunLoop里面，但是并没有运行RunLoop。
③ run方法内部的确使用while循环一直在调用runMode:beforeDate:。
iOS常见的延时执行的方式
① 调用NSObject的方法：performSelector:withObject:afterDelay:，该方法在哪个线程调用，那么run就在哪个线程执行，通常是主线程。
② 使用dispatch_after函数，传入一个队列，如果是主队列，那么就在主线程执行，如果是并发队列，那么会新开启一个线程，在子线程中执行。
如何用GCD实现，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？
使用GCD队列组，dispatch_group_notify(group, queue, ^{}) 函数会在group里面的任务执行完再执行，如果queue是主队列就在主线程执行这个函数的任务，如果queue是全局并发队列，就在子线程异步执行这个函数的任务。

博客地址：GCD

二. 加锁方案

介绍一下iOS中的加锁方案

OSSpinLock 自旋锁
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore 信号量
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL) 串行队列
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

1. 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，也就是，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。
自旋锁就是下面方式②，类似于写了个while循环，一直占用cpu资源。
线程阻塞方式有：
① 让线程睡眠，不占用cpu资源
② while循环，一直占用cpu资源

2. 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，是一种互斥锁。所以如果忘记解锁了，那么当下一个线程进来的时候发现没有解锁，就会休眠，当所有的线程都进来，就会导致所有的线程都会休眠，这种情况称为死锁，就是永远拿不到锁。

3. pthread_mutex

mutex叫做”互斥锁”，等待锁的线程会处于休眠状态
pthread_mutex是跨平台的，一般pthread开头的都是跨平台的，iOS、Linux、Windows等都能使用

pthread_mutexattr_settype有三种类型，一般我们只用默认的锁、递归锁，如下：

#define PTHREAD_MUTEX_NORMAL        0 默认的锁
#define PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK    1 检查错误的锁
#define PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE     2 递归锁
#define PTHREAD_MUTEX_DEFAULT       PTHREAD_MUTEX_NORMAL 默认的锁

递归调用产生死锁，用递归锁解决
递归锁：允许同一个线程对一把锁进行重复加锁（解锁）
自旋锁和互斥锁的区别：
自旋锁的本质是while循环。
互斥锁是通过线程休眠实现的。
这里讲的锁，除了OSSpinLock是自旋锁，其他的都是互斥锁。
pthread_mutex – 条件锁的用法

假设需求是，我们有两个线程，一条线程是删除东西，一条线程是添加东西，删东西和添加东西都要加锁，删除东西时候有个条件，就是必须要有东西才进行删除，那么如何实现？

// 初始化条件
pthread_cond_init(&_cond, NULL);
...
//如果数组为0，就先等等，等有东西了再删除
if (self.data.count == 0) {
    // 等待
    pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
}
...
// 信号 唤醒上面那个线程
pthread_cond_signal(&_cond);

应用场景：
线程1依赖线程2，需要线程2做完某件事再回到线程1继续做事情。比如厂家和消费者的关系，消费者要想买东西，必须要厂家先生产东西。

4. NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition

NSLock是对mutex普通锁的封装
NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致
NSCondition是对mutex和cond的封装

5. NSConditionLock

NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值。
使用场景：
如果子线程有依赖关系(子线程的执行是有顺序的)，就可以使用NSConditionLock，设置条件具体的值。

6. 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 moneyQueue = dispatch_queue_create("moneyQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
···
- (void)__drawMoney {
    dispatch_sync(moneyQueue, ^{
        [super __drawMoney];
    });
}
- (void)__saveMoney {
    dispatch_sync(moneyQueue, ^{
        [super __saveMoney];
    });
}

dispatch_sync函数的特点：要求立马在当前线程同步执行任务（当前线程是子线程，在MJBaseDemo里面已经写了）。

举例说明：比如线程4进来卖票，那么这个操作就会被放到串行队列中，等一会线程7又进来卖票，这个操作也会被放到串行队列中，串行队列里面的东西是：线程4的卖票操作 - 线程7的卖票操作 - 线程5的卖票操作。这样线程4卖完，线程7卖，线程7卖完，线程5卖。这样串行队列中的任务是异步的，不会出现多个线程同时访问一个成员变量的问题，这样也能解决线程安全问题。所以说，线程同步问题也不是必须要通过加锁才能实现。

7. 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

dispatch_semaphore_t ticketSemaphore = dispatch_semaphore_create(1);
//如果信号量的值 > 0，就让信号量的值减1，然后继续往下执行代码
//如果信号量的值 <= 0，就会休眠等待，直到信号量的值变成>0，就让信号量的值减1，然后继续往下执行代码
//第二个参数代表等到啥时候，传入的DISPATCH_TIME_FOREVER，代表一直等
dispatch_semaphore_wait(ticketSemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
......
//让信号量的值+1
dispatch_semaphore_signal(ticketSemaphore);

小提示：控制线程并发访问的最大数量也可以用：

NSOperationQueue *queue;
queue.maxConcurrentOperationCount = 5;

8. @synchronized

@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

- (void)__drawMoney {
    //最简单的一种方式，但是性能比较差，苹果不推荐使用，所以打出来的时候没提示。
    //其中()中是拿什么当做一把锁，比如下面是拿当前类对象当做一把锁。
    //为什么把类对象当做一把锁？因为类对象只有一个，以后无论什么实例对象调用这个方法，都是类对象作为锁，这样就只有一把锁，才能锁住。
    @synchronized([self class]) {
        [super __drawMoney];
    }
}
- (void)__saveMoney {
    @synchronized([self class]) { // objc_sync_enter
        [super __saveMoney];
    } // objc_sync_exit
}

注意：@synchronized和@synthesize、@dynamic不一样，别弄混淆了，关于@synthesize、@dynamic可参考Runtime3-objc_msgSend底层调用流程的补充内容。

9. 各种锁的总结

OSSpinLock 自旋锁，因为底层是使用while循环进行忙等，不会进行休眠和唤醒，所以是性能比较高的一把锁，但是现在已经不安全，被抛弃。

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，是一种互斥锁。

pthread_mutex mutex叫做”互斥锁”，等待锁的线程会处于休眠状态。
它是跨平台的，当传入的类型是默认的就是默认锁，当传入PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，就是递归锁，还可以通过pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex)当做条件锁来使用。

dispatch_semaphore 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

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

NSLock是对mutex普通锁的封装
NSRecursiveLock是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致
NSCondition是对mutex和cond的封装
NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值

@synchronized也是对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

10. 各种锁性能比较

性能从高到低排序：

os_unfair_lock iOS10开始支持
OSSpinLock 不安全，被抛弃
dispatch_semaphore 如果需要iOS8、9都支持可以使用
pthread_mutex 可以跨平台
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL) 本来GCD效率就很高
NSLock 对mutex普通锁的封装
NSCondition 对mutex和cond的封装
pthread_mutex(recursive) mutex递归锁，递归锁效率本来就低
NSRecursiveLock 对mutex递归锁的封装
NSConditionLock 对NSCondition的封装
@synchronized 对mutex递归锁的封装

一般推荐使用os_unfair_lock、dispatch_semaphore、pthread_mutex。

说一下 OperationQueue 和 GCD 的区别，以及各自的优势有哪些？
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，因为IO操作比较占用CPU资源
临界区代码复杂或者循环量大
临界区竞争非常激烈
nonatomic和atomic
对于atomic，setter、getter方法内部会有加锁、解锁操作，nonatomic没有。
既然atomic是线程安全的，那么为什么开发中我们基本不用呢？
① 太耗性能了，因为setter、getter方法调用次数太频繁了，如果每次都需要加锁、解锁，那手机CPU资源不就被你消耗完了。所以atomic一般在MAC上才使用。
② 而且只有多条线程同时访问同一个对象的属性，才会有线程安全问题。这种情况几乎没有，如果你非要造出来这种情况，比如：多条线程同时访问 p.data ，那你完全可以在外面加锁嘛！
iOS多读单写实现方案
显然，如果使用上面讲的加锁方案，那么无论读、写，同一时间只有一条线程在执行，这样效率比较低，实际上读操作可以同时多条线程一起执行的。iOS中多读单写的实现方案有：
① pthread_rwlock_t：读写锁
② dispatch_barrier_async：异步栅栏调用

- (void)read {
    //读-加锁
    pthread_rwlock_rdlock(&_lock);
    sleep(1);
    NSLog(@"%s", __func__);
    //解锁
    pthread_rwlock_unlock(&_lock);
}
- (void)write {
    //写-加锁
    pthread_rwlock_wrlock(&_lock);
    sleep(1);
    NSLog(@"%s", __func__);
    //解锁
    pthread_rwlock_unlock(&_lock);
}

//读
dispatch_async(self.queue, ^{
    [self read];
});
//写
//当有一条线程在执行这个任务的时候，绝不允许queue中有其他线程在执行其他任务（包括上面的read和下面的write）
dispatch_barrier_async(self.queue, ^{
    [self write];
});

//注意：这个dispatch_barrier_async函数传入的并发队列必须是自己手动通过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。

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线程安全、OSSpinLock
加锁方案1
加锁方案2

iOS-面试题3-多线程

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