本文的目的在于了解进程、线程、多线程、线程池等的基本概念及原理
线程和进程
线程和进程的定义
线程
线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务都在线程中执行- 进程要想执行任务，必须的有线程，
进程至少要有一条线程 -
程序启动会默认开启一条线程，这条线程被称为主线程或者UI线程
进程
-
进程是指在系统中正在运行的一个应用程序 -
每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内 - 通过
活动监视器可以查看mac系统中所开启的进程
所以，可以简单的理解为：进程是线程的容器，而线程用来执行任务。在iOS中是单进程开发，一个进程就是一个app，进程之间是相互独立的，如支付宝、微信、qq等，这些都是属于不同的进程
进程与线程的关系
进程与线程之间的关系主要涉及两个方面：
- 地址空间
- 同一个进程的线程共享本进程的地址空间
- 进程之间则是独立的地址空间
- 资源拥有
- 同一个进程内线程共享本进程的资源，如内存、I/O、cpu等
- 但是进程之间资源是独立的
两个之间的关系就相当于工厂与流水线的关系，工厂与工厂之间是相互独立的，而工厂中的流水线是共享工厂的资源的，即 进程相当于一个工厂，线程相当于工厂中的一条流水线
针对进程和线程，还有以下几点说明：
- 1:
多进程要比多线程健壮- 一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响
- 而
一个线程崩溃整个进程都死掉
- 2: 使用场景：频繁切换、并发操作
- 进程切换时，消耗的资源大，效率低。所以涉及到频繁的切换时，使用线程要好于进程。
- 同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的
并发操作，只能用线程不能用进程
- 3: 执行过程
- 每个独立的进程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口
- 但是
线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
- 4:
线程是处理器调度的基本单位，但是进程不是。 - 5:
线程没有地址空间,线程包含在进程地址空间中
线程和Runloop的关系
- 1:
runloop与线程是一一对应的，一个runloop对应一个核心的线程，为什么说是核心的，是因为runloop是可以嵌套的，但是核心的只能有一个，他们的关系保存在一个全局 的字典里。 - 2:
runloop是来管理线程的，当线程的runloop被开启后，线程会在执行完任务后进入休眠状态，有了任务就会被唤醒去执行任务。 - 3:runloop在第一次获取时被创建，在线程结束时被销毁。
- 4:对于
主线程来说，runloop在程序一启动就默认创建好了。 - 5:对于
子线程来说，runloop是懒加载的，只有当我们使用的时候才会创建，所以在子线程用定时器要注意:确保子线程的runloop被创建，不然定时器不会回调。
多线程
多线程原理
- 对于
单核CPU，同一时间，CPU只能处理一条线程，即只有一条线程在工作， - iOS中的
多线程同时执行的本质是CPU在多个任务之间进行快速的切换，由于CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程的“同时”执行的效果。其中切换的时间间隔就是时间片
多线程意义
优点
- 能适当
提高程序的执行效率 - 能适当
提高资源的利用率，如CPU、内存 - 线程上的任务执行完成后，
线程会自动销毁
缺点
-
开启线程需要占用一定的内存空间，默认情况下，每一个线程占用512KB - 如果
开启大量线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能 - 线程越多，CPU在调用线程上的开销就越大
- 程序设计更加复杂，比如线程间的通信，多线程的数据共享
多线程生命周期
多线程的生命周期主要分为5部分：新建 - 就绪 - 运行 - 阻塞 - 死亡，如下图所示
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- 【
新建】：主要是实例化线程对象 - 【
就绪】：线程对象调用start方法，将线程对象加入可调度线程池，等待CPU的调用，即调用start方法，并不会立即执行，进入就绪状态，需要等待一段时间，经CPU调度后才执行，也就是从就绪状态进入运行状态 - 【
运行】：CPU负责调度可调度线程池中线程的执行，在线程执行完成之前，其状态可能会在就绪和运行之间来回切换，这个变化是由CPU负责，开发人员不能干预。 - 【
阻塞】：当满足某个预定条件时，可以使用休眠，即sleep，或者同步锁，阻塞线程执行。当sleep结束时，会重新将线程加入就绪中。下面关于休眠的时间设置，都是NSThread的-
sleepUntilDate:阻塞当前线程，直到指定的时间为止，即休眠到指定时间 -
sleepForTimeInterval:在给定的时间间隔内休眠线程，即指定休眠时长 - 同步锁：
@synchronized(self)：
-
- 【
死亡】：分为两种情况-
正常死亡，即线程执行完毕 -
非正常死亡，即当满足某个条件后，在线程内部（或者主线程中）终止执行（调用exit方法等退出）
-
时间片
就是处于运行中的线程拥有一段可以执行的时间（称为时间片）
- 如果
时间片用尽，线程就会进入就绪状态队列 - 如果
时间片没有用尽，且需要开始等待某事件，就会进入阻塞状态队列 - 等待事件发生后，线程又会重新进入
就绪状态队列 - 每当一个
线程离开运行，即执行完毕或者强制退出后，会重新从就绪状态队列中选择一个线程继续执行
线程的exit和cancel说明
-
exit：一旦强行终止线程，后续的所有代码都不会执行 -
cancel：取消当前线程，但是不能取消正在执行的线程
【面试题】线程的优先级越高，是不是意味着任务的执行越快？
并不是，线程执行的快慢，除了要看优先级，还需要查看资源的大小（即任务的复杂度）、线程的状态、以及 CPU 调度情况。在NSThread中，线程优先级threadPriority已经被服务质量qualityOfService取代，以下是相关的枚举值
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线程池原理
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- 【第一步】判断核心线程池是否都正在执行任务
- 返回NO，创建新的工作线程去执行
- 返回YES，进入【第二步】
- 【第二步】判断线程池工作队列是否已经饱满
- 返回NO，将任务存储到工作队列，等待CPU调度
- 返回YES，进入【第三步】
- 【第三步】判断线程池中的线程是否都处于执行状态
- 返回NO，安排可调度线程池中空闲的线程去执行任务
- 返回YES，进入【第四步】
- 【第四步】交给饱和策略去执行，主要有以下四种（在iOS中并没有找到以下4种策略）
-
AbortPolicy：直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻止系统正常运行 -
CallerRunsPolicy：将任务回退到调用者 -
DisOldestPolicy：丢掉等待最久的任务 -
DisCardPolicy：直接丢弃任务
-
iOS中多线程的实现方案
iOS中的多线程实现方式，主要有四种：pthread、NSThread、GCD、NSOperation，汇总如图所示
image
下面是以上四种方案的简单示例
- (void)test {
// *********1: pthread*********
pthread_t threadId = NULL;
//c字符串
char *cString = "HelloCode";
/**
pthread_create 创建线程
参数：
1. pthread_t：要创建线程的结构体指针，通常开发的时候，如果遇到 C 语言的结构体，类型后缀 `_t / Ref` 结尾
同时不需要 `*`
2. 线程的属性，nil(空对象 - OC 使用的) / NULL(空地址，C 使用的)
3. 线程要执行的`函数地址`
void *: 返回类型，表示指向任意对象的指针，和 OC 中的 id 类似
(*): 函数名
(void *): 参数类型，void *
4. 传递给第三个参数(函数)的`参数`
*/
int result = pthread_create(&threadId, NULL, pthreadTest, cString);
if (result == 0) {
NSLog(@"成功");
} else {
NSLog(@"失败");
}
//*********2、NSThread*********
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadTest) toTarget:self withObject:nil];
//*********3、GCD*********
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
[self threadTest];
});
//*********4、NSOperation*********
[[[NSOperationQueue alloc] init] addOperationWithBlock:^{
[self threadTest];
}];
}
- (void)threadTest {
NSLog(@"begin");
NSInteger count = 1000 * 100;
for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {
// 栈区
NSInteger num = I;
// 常量区
NSString *name = @"ht";
// 堆区
NSString *myName = [NSString stringWithFormat:@"%@ - %zd", name, num];
NSLog(@"%@", myName);
}
NSLog(@"over");
}
void *pthreadTest(void *para) {
// 接 C 语言的字符串
// NSLog(@"===> %@ %s", [NSThread currentThread], para);
// __bridge 将 C 语言的类型桥接到 OC 的类型
char *cString = para;
NSString *name = [[NSString alloc] initWithUTF8String:cString];
// NSString *name = (__bridge NSString *)(cString);
NSLog(@"===>%@ %@", [NSThread currentThread], name);
return NULL;
}
线程安全问题
当多个线程同时访问一块资源时，容易引发数据错乱和数据安全问题，有以下两种解决方案
- 互斥锁（即同步锁）：
@synchronized - 自旋锁
互斥锁
- 用于保护临界区，确保
同一时间，只有一条线程能够执行 - 如果代码中只有一个地方需要加锁，大多都使用
self，这样可以避免单独再创建一个锁对象 - 加了互斥锁的代码，当新线程访问时，如果发现其他线程正在执行锁定的代码，新线程就会进入
休眠
针对互斥锁，还需要注意以下几点：
- 互斥锁的
锁定范围，应该尽量小，锁定范围越大，效率越差 - 能够
加锁任意 NSObject 对象 - 锁对象一定要保证所有的线程都能够访问
自旋锁
-
自旋锁与互斥锁类似，但它不是通过休眠使线程阻塞，而是在获取锁之前一直处于忙等（即原地打转，称为自旋）阻塞状态 - 【使用场景】：锁持有的时间短，且线程不希望在重新调度上花太多成本时，就需要使用自旋锁，属性修饰符
atomic，本身就有一把自旋锁 - 加入了自旋锁，当新线程访问代码时，如果发现有其他线程正在锁定代码，新线程会用
死循环的方法，一直等待锁定的代码执行完成，即不停的尝试执行代码，比较消耗性能
【面试题】：自旋锁 vs 互斥锁
- 【相同点】：在同一时间，保证了只有一条线程执行任务，即保证了相应同步的功能
- 【不同点】：
-
互斥锁：发现其他线程执行，当前线程休眠，进入等待执行，即挂起。一直等其他线程打开之后，然后唤醒执行 -
自旋锁：发现其他线程执行，当前线程一直询问（即一直访问），处于忙等状态，耗费的性能比较高
-
- 【使用场景】：根据
任务复杂度区分，使用不同的锁，但判断不全时，更多是使用互斥锁去处理- 前的任务状态比较
短小精悍时，用自旋锁 - 反之的，用互斥锁
- 前的任务状态比较
atomic 原子锁 & nonatomic 非原子锁
atomic和nonatomic主要用于属性的修饰，以下是相关的一些说明：
-
atomic是原子属性，是为多线程开发准备的，是默认属性- 仅仅在属性的
setter方法中，增加了锁(自旋锁)，能够保证同一时间，只有一条线程对属性进行写操作 - 同一时间
单(线程)写多(线程)读的线程处理技术 - Mac开发中常用
- 仅仅在属性的
-
nonatomic是非原子属性-
没有锁，性能高 - 移动端开发常用
-
【面试题】atomic与nonatomic 的区别
- 【nonatomic】
非原子属性- 非线程安全，适合内存小的移动设备
- 【atomic】
-
原子属性(线程安全)，针对多线程设计的，默认值 - 保证
同一时间只有一个线程能够写入(但是同一个时间多个线程都可以取值) -
atomic本身就有一把锁(自旋锁)单写多读（单个线程写入，多个线程可以读取） -
线程安全，但需要消耗大量的资源
-
iOS开发的建议
- 所有
属性都声明为nonatomic - 尽量避免多线程抢夺同一块资源 尽量
将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理，减小移动客户端的压力
线程间通讯
在Threading Programming Guide文档中，提及，线程间的通讯有以下几种方式
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- 【
直接消息传递】: 通过performSelector的一系列方法，可以实现由某一线程指定在另外的线程上执行任务。因为任务的执行上下文是目标线程，这种方式发送的消息将会自动的被序列化 - 【
全局变量、共享内存块和对象】: 在两个线程之间传递信息的另一种简单方法是使用全局变量，共享对象或共享内存块。尽管共享变量既快速又简单，但是它们比直接消息传递更脆弱。必须使用锁或其他同步机制仔细保护共享变量，以确保代码的正确性。否则可能会导致竞争状况，数据损坏或崩溃。 - 【
条件执行】: 条件是一种同步工具，可用于控制线程何时执行代码的特定部分。您可以将条件视为门守卫，让线程仅在满足指定条件时运行。 - 【
Runloop sources】: 一个自定义的Runloop source配置可以让一个线程上收到特定的应用程序消息。由于Runloop source 是事件驱动的，因此在无事可做时，线程会自动进入睡眠状态，从而提高了线程的效率 - 【
Ports and sockets】: 基于端口的通信是在两个线程之间进行通信的一种更为精细的方法，但它也是一种非常可靠的技术。更重要的是，端口和套接字可用于与外部实体（例如其他进程和服务）进行通信。为了提高效率，使用Runloop source来实现端口，因此当端口上没有数据等待时，线程将进入睡眠状态。需要注意的是，端口通讯需要将端口加入到主线程的Runloop中，否则不会走到端口回调方法 - 【
消息队列】: 传统的多处理服务定义了先进先出（FIFO）队列抽象，用于管理传入和传出数据。尽管消息队列既简单又方便，但是它们不如其他一些通信技术高效 - 【
Cocoa 分布式对象】:分布式对象是一种Cocoa 技术，可提供基于端口的通信的高级实现。尽管可以将这种技术用于线程间通信，但是强烈建议不要这样做，因为它会产生大量开销。分布式对象更适合与其他进程进行通信，尽管在这些进程之间进行事务的开销也很高