iOS-OC底层20:iOS多线程

1.多线程概念

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，必须得有线程，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 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

进程与线程的关系

地址空间:同一进程的线程共享本进程的地址空间，而进程之间则是独立的地址空间。
资源拥有:同一进程内的线程共享本进程的资源如内存、I/O、cpu等，但是进程之间的 资源是独立的。
1: 一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进 程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
2: 进程切换时，消耗的资源大，效率高。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

多线程的意义

多线程是一个进程中并发多个线程同时执行各自的任务。就是由单核CPU通过时间片不断的切换执行程序。
分时操作系统会把CPU的时间划分为长短基本相同的时间区间（时间片），在一个时间片内，CPU只能处理一个线程中的一个任务，对于一个单核CPU来说，在不同的时间片来执行不同线程中的任务，就形成了多个任务在同时执行的“假象”。

时间片

时间片的概念:CPU在多个任务直接进行快速的切换，这个时间间隔就是时间片

• (单核CPU)同一时间，CPU 只能处理 1 个线程
• 换言之，同一时间只有 1 个线程在执行
• 多线程同时执行:
• 是 CPU 快速的在多个线程之间的切换
• 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
• 如果线程数非常多
• CPU 会在 N 个线程之间切换，消耗大量的 CPU 资源
• 每个线程被调度的次数会降低，线程的执行效率降低

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(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，每一个线程都占 512 KB)
• 如果开启大量的线程，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

iOS线程与Runloop的关系

1.线程与Runloop是一一对应的，一个Runloop对应一个核心线程，为什么说是核心线程，因为Runloop是可以嵌套的，但是核心只有一个，他们的对应关系保存在一个全局字典里
2.Runloop是用来管理线程的，线程执行完任务时会进入休眠状态，有任务进来时会被唤醒，开始执行任务。所以说Runloop是事件驱动的。
3.Runloop在第一次获取时被创建，线程结束时被销毁。主线程的Runloop在程序启动的时候就会被创建。
4.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。

2.多线程技术方案

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pthread：

即POSIX Thread，是线程的POSIX标准，是一套通用的多线程API，可以在Unix/Linux/Windows等平台跨平台使用。iOS中基本不使用。

NSThread：

苹果封装的面向对象的线程类，可以直接操作线程，比起GCD，NSThread效率更高，由程序员自行创建，当线程中的任务执行完毕后，线程会自动退出，程序员也可手动管理线程的生命周期。使用频率较低。

GCD：

全称Grand Central Dispatch，由C语言实现，是苹果为多核的并行运算提出的解决方案，GCD会自动利用更多的CPU内核，自动管理线程的声明周期，程序员只需要告诉GCD需要执行的任务，无需编写任何管理线程的代码。GCD也是iOS使用频率最高的多线程技术。

NSOperation：

基于GCD封装的面向对象的多线程类，相较于GCD提供了很多方便的API，使用频率较高。

多线程的生命周期

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新建：实例化线程对象
就绪：向线程对象发送start消息，线程对象被加入可调度线程池等待CPU调度。
运行：CPU 负责调度可调度线程池中线程的执行。线程执行完成之前，状态可能会在就绪和运行之间来回切换。就绪和运行之间的状态变化由CPU负责，程序员不能干预。
阻塞：当满足某个预定条件时，可以使用休眠或锁，阻塞线程执行。sleepForTimeInterval（休眠指定时长），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥锁）。
死亡：正常死亡，线程执行完毕。非正常死亡，当满足某个条件后，在线程内部中止执行/在主线程中止线程对象

3.可调度线程池

什么是线程池：
提供一组线程资源用来复用线程资源的一个池子

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线程池中常用参数释义：
corePoolSize 线程池的基本大小（核心线程池大小）
maximumPool 线程池最大大小
keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程的最大存活时间
unit keepAliveTime参数的时间单位
workQueue 任务阻塞队列
threadFactory 新建线程的工厂
handler 当提交任务数超过maximumPoolSize与workQueue之和时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理
饱和策略：
AboutPolicy 直接抛出RejectedExecutionExeception异常，阻止系统的正常运行
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
注： 以上四种拒绝策略均实现的RejectedExencutionHandler

线程间通讯

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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。您可以将条件视为关守，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复杂的方法，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

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

atomic与nonatomic 的区别

nonatomic 非原子属性
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
atomic:线程安全，需要消耗大量的资源 nonatomic:非线程安全，适合内存小的移动设备
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

互斥锁

当上一个线程的任务没有执行完毕的时候（被锁住），那么下一个线程会进入睡眠状态等待任务执行完毕，当上一个线程的任务执行完毕，下一个线程会自动唤醒然后执行任务。

• 互斥锁小结
• 保证锁内的代码，同一时间，只有一条线程能够执行!
• 互斥锁的锁定范围，应该尽量小，锁定范围越大，效率越差!
• 互斥锁参数
• 能够加锁的任意 NSObject 对象
• 注意:锁对象一定要保证所有的线程都能够访问
• 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
  一般互斥锁有@ synchronized,NSLock, pthread_mutex, NSConditionLock, NSCondition, NSRecursiveLock.

自旋锁

是一种用于保护多线程共享资源的锁，与一般互斥锁（mutex）不同之处在于当自旋锁尝试获取锁时以忙等待（busy waiting）的形式不断地循环检查锁是否可用。当上一个线程的任务没有执行完毕的时候（被锁住），那么下一个线程会一直等待（不会睡眠），当上一个线程的任务执行完毕，下一个线程会立即执行。
在多CPU的环境中，对持有锁较短的程序来说，使用自旋锁代替一般的互斥锁往往能够提高程序的性能。自旋锁有atomic, OSSpinLock, dispatch_semaphore_t.

4.补充C与OC的桥接

*__bridge只做类型转换，但是不修改对象(内存)管理权;

• __bridge_retained(也可以使用CFBridgingRetain)将Objective-C的对象转换为 Core Foundation的对象，同时将对象(内存)的管理权交给我们，后续需要使用 CFRelease或者相关方法来释放对象;
• __bridge_transfer(也可以使用CFBridgingRelease)将Core Foundation的对象 转换为Objective-C的对象，同时将对象(内存)的管理权交给ARC。