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
1 线程 和 进程
1.1 线程 和 进程的定义
1.1.1 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
1.1.2 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系统中所开启的线程
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
1.2 线程 和 进程的关系
进程与线程之间的关系主要涉及两个方面：
1.2.1 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
1.2.2 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 进程之间资源是独立的
针对进程和线程，还有以下几点说明：
-
进程崩溃后，保护模式下不会对其他进程产生影响，但一个线程崩溃会导致整个进程都死掉。所以多进程比多线程健壮。 -
进程切换时，消耗的资源大。涉及频繁切换时，使用线程要好过于进程。同样要求同时进行且共享某些变量的并发操作时，只能用线程不能用进程。 - 执行过程：每个
独立的进程都有一个程序运行入口和顺序执行序列。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。 -
线程是处理器调度的基本单位，但进程不是。 -
线程没有地址空间，线程包含在进程地址空间中
1.3 线程 和 Runloop 的关系
-
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。 -
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 - runloop在第一次获取时被创建，在线程结束时被销毁
- 对于
主线程来说，runloop在程序一启动就默认创建好了 - 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
2.1 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在多个任务直接进行快速的切换，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
2.2 多线程的优缺点
2.2.1 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
2.2.2 缺点
-
开启线程需要占用一定的内存空间，（参照下面2.2.3 线程成本） - 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
2.2.3 线程成本
官方链接
翻译成中文
2.3 多线程技术方案
2.3.1 pthread
pthread是一套通用的多线程 API，可以在Unix/ Linux / Windows 等系统跨平台使用，使用 C 语言编写，需要程序员自己管理线程的生命周期，使用难度较大，我们在 iOS 开发中几乎不使用。
实例
#import
- (void)createThread {
// 1. 创建线程：定义一个pthread_t类型变量
pthread_t threadId = NULL;
//c字符串
char *cString = "HelloCode";
// NSString *ocString = @"Gavin";
//延伸到: OC--C的混编 尤其在智能家居,SDK封装
//抛出一个问题: 在ARC需要这样操作,在MRC不需要
// OC prethread -- 跨平台
// 锁
int result = pthread_create(&threadId, NULL, pthreadTest, cString);
if (result == 0) {
NSLog(@"成功");
} else {
NSLog(@"失败");
}
}
void *pthreadTest(void *param){
// 接 C 语言的字符串
NSLog(@"===> %@ %s", [NSThread currentThread], param);
return NULL;
}
运行结果
相关API
| API | 作用 |
|---|---|
pthread_create() |
创建一个线程 |
pthread_exit() |
终止当前线程 |
pthread_cancel() |
中断另外一个线程的运行 |
pthread_join() |
阻塞当前的线程，直到另外一个线程运行结束 |
2.3.2 NSThread
NSThread是苹果官方提供的，使用起来比pthread更加面向对象，简单易用，可直接操作线程对象，需要自己管理线程生命周期，实际开发中偶尔使用。
-(void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
[self createThread1];
// [self createThread2];
// [self createThread3];
}
//MARK: - 创建线程
//创建线程 (手动启动)
-(void)createThread1{
// 实例化一个线程对象
NSThread *thread=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run1) object:nil];
// 线程名称
thread.name = @"Thread1Name";
/**
NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21, 用户交互 - 最高（21）
NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19, 用户马上执行的事件 - 较高(19)
NSQualityOfServiceUtility = 0x11, 普通任务 - 普通（11）
NSQualityOfServiceBackground = 0x09, 后台任务 - 较低 (9)
NSQualityOfServiceDefault = -1 常规 - 最低
*/
// 线程优先级
thread.qualityOfService = NSQualityOfServiceDefault;
// 线程启动
[thread start];
}
//创建线程 (自动启动)
-(void)createThread2{
//创建线程后自动启动线程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run2:) toTarget:self withObject:@"createThread2"];
}
//创建线程 (自动启动)
-(void)createThread3{
//隐式创建线程并启动
[self performSelectorInBackground:@selector(run2:) withObject:@"createThread3"];
}
//MARK: - 耗时操作
- (void)run1{
for (int i=0; i<200; i++) {
NSLog(@"%d----%@",i,[NSThread currentThread]);
}
}
- (void)run2:(NSString*)param{
for (int i=0; i<200; i++) {
NSLog(@"%d----%@---%@",i,[NSThread currentThread],param);
}
}
- 创建：
-
createThread1：手动启动线程，可以配置线程属性（名称、优先级）； -
createThread2：自动启动线程，快捷便利，不支持配置线程属性; -
createThread3：隐式创建线程并启动，快捷便利，不支持配置线程属性;
- 相关API
| API | 作用 |
|---|---|
+ (NSThread *)mainThread |
获取主线程 |
- (BOOL)isMainThread |
判断是否为主线程(对象方法) |
+ (BOOL)isMainThread |
判断是否为主线程(类方法) |
[NSThread currentThread] |
获得当前线程 |
- (BOOL)isCancelled |
判断是否已取消 |
- (BOOL)isFinished |
判断是否已经结束 |
- (BOOL)isExecuting |
判断是否正在执行 |
- (void)start |
线程准备就绪状态 |
- (void)cancel |
线程取消 |
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date |
阻塞（暂停）线程方法 |
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti |
线程进入阻塞状态 |
+ (void)exit |
线程进入死亡状态 |
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait |
在主线程中调用方法 |
- (id)performSelector:(SEL)aSelector; |
调用方法 |
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object; |
调用方法 |
2.3.3 GCD
GCD(Grand Central Dispatch)，大中央调度。对线程操作进行了封装，加入了很多新的特性，内部进行了效率优化，提供了简洁的C语言接口，使用简单高效，是苹果推荐的方式。使用频率高。
#pragma mark - GCD演练
/**
并发队列，同步执行
*/
- (void)gcdDemo4 {
// 1. 队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("itcast", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 2. 同步执行任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
});
}
}
/**
并发队列，异步执行
*/
- (void)gcdDemo3 {
// 1. 队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("itcast", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 2. 异步执行任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
});
}
}
/**
串行队列，异步执行
*/
- (void)gcdDemo2 {
// 1. 队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("itcast", NULL);
// 2. 异步执行任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
});
}
}
/**
串行队列，同步执行(开发中非常少用)
*/
- (void)gcdDemo1 {
// 1. 队列
// dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("icast", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("icast", NULL);
NSLog(@"执行前----");
// 执行任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
NSLog(@"调度----");
// 在队列中"同步"执行任务，串行对列添加同步执行任务，会立即被执行
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
});
}
NSLog(@"for 后面");
}
2.3.4 NSOperation
NSOperation是基于GCD的一个抽象基类，将线程封装成要执行的操作，不需要管理线程的生命周期和同步，但比GCD可控性更强。例如可以加入操作依赖（addDependency）、设置操作队列最大可并发执行的操作个数（setMaxConcurrentOperationCount）、取消操作（cancel）等
NSOperation作为抽象基类不具备封装我们的操作的功能，需要使用两个它的实体子类：NSBlockOperation和NSInvocationOperation，或者继承NSOperation自定义子类
- (void)opDemo2 {
NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
[q addOperationWithBlock:^{
NSLog(@"耗时操作 %@", [NSThread currentThread]);
[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
NSLog(@"更新UI %@", [NSThread currentThread]);
}];
}];
}
- (void)opDemo1 {
NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(downloadImage:) object:@"Invocation"];
// start 会立即在当前线程执行 selector 方法
// [op start];
// 将操作添加到队列，会自动异步执行
NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
[q addOperation:op];
}
- (void)downloadImage:(id)obj {
NSLog(@"%@ %@", [NSThread currentThread], obj);
}
2.4 多线程声明周期
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
part1: 新建
主要是实例化线程对象
part2: 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
part3: 运行
CPU负责调度可调度线程的执行，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
part4: 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。当进入sleep时，会重新将线程加入就绪中
part5: 死亡
运行中的任务，在任务执行完或被强制退出时（调用exit方法等退出），线程自动进入Dead销毁
线程的exit、cancel和suspend操作区别。
exit：一旦强行终止线程，后续的所有代码都不会被执行
cancel：并不会直接取消线程，只是给线程对象添加isCancelled标记
suspend：挂起状态，通过resume，可以恢复线程的任务执行
问题：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）、以及 CPU 调度情况
2.5 线程池原理
step1: 判断线程池核心线程是否都在执行任务 ？
- NO，创建新的工作让线程去执行
- YES， 执行下一步
step2: 判断线程池工作队列是否饱满
- NO，将任务存储在工作队列
- YES，执行下一步
step3: 判断线程池中的线程都处于执行状态
- NO，安排线程去执行
- YES，饱和策略去处理
饱和策略：
2.5 线程安全
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
2.5.1 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 - 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 - 能够加锁的任意
NSObject对象 - 锁对象要保证
所有线程都能够访问 - 如果代码只有
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
2.5.2 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 - 加入
自旋锁，当新线程访问代码时，如果发现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 - 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
问题： 互斥锁和自旋锁的区别?
解答：
同：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：
互斥锁：发现其他线程执行，当前线程
休眠（即就绪状态），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
当前的任务状态比较短小精悍时，用自旋锁
反之的，用互斥锁
2.5.3 atomic
-
atomic是原子属性，是为多线程开发准备的，是默认属性！ - 在属性的
setter方法中，增加了锁(自旋锁)，能够保证同一时间，单写多读：单个线程写入，多个线程可以读取。
2.5.4 nonatomic
-
nonatomic是非原子属性，非线程安全，性能高，适合内存小的移动设备
iOS官方建议：
所有属性都声明为nonatomic，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。