深入理解iOS多线程

三、GCD

1. 两个易混淆的概念

（1）队列：决定任务执行顺序

串行队列：多个任务按添加的顺序执行。
并发队列：可以让多个任务并发（同时）执行，并发只有在异步的时候才有效。

（2）任务的执行

同步（sync）：
- 同步添加任务到指定的队列中，在添加的任务执行结束之前，会一直等待，直到队列里面的任务完成之后再继续执行。
- 只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。
异步（async）：
- 异步添加任务到指定的队列中，它不会做任何等待，可以继续执行任务。
- 可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。

同步和异步两者的主要区别是：是否等待队列的任务执行结束，以及是否具备开启新线程的能力。

各种队列的执行效果：

Q1：下面程序的执行结果

// 串行队列
void test1(){
    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    NSLog(@"1"); // 主线程
    dispatch_async(serialQueue, ^{
        NSLog(@"2");  // 子线程
    });
    NSLog(@"3"); // 主线程
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        NSLog(@"4"); // 主线程
    });
    NSLog(@"5"); // 主线程
}

2、3顺序不确定，其他相对顺序一致；因为2会开启子线程，可能会和3并发执行。

// 并行队列
void test2(){
    dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    NSLog(@"1"); // 主线程
    dispatch_async(concurrentQueue, ^{
        NSLog(@"2"); // 子线程
    });
    NSLog(@"3"); // 主线程
    dispatch_sync(concurrentQueue, ^{
        NSLog(@"4"); // 主线程
    });
    NSLog(@"5"); // 主线程
}

2、3不确定。其他相对顺序一致。

2.主队列

主队列比较特殊：所有放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行。

主队列+同步：会发生死锁。
同步添加的任务会等待前面的任务完成。但是“前面的任务”就是当前的demo1函数。因此陷入循环等待。

- (void) demo1{
    NSLog(@"1");
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"2");});
    NSLog(@"3");
}

主队列+异步：正常运行，结果为132。因为异步不需要等待前面的任务。

- (void) demo2{
    NSLog(@"1");
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"2"); });
    NSLog(@"3");
}

Q：下面程序的执行结果

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dan.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_sync(queue, ^{
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);
        });
    });
}

会发生死锁。只要将两个sync中任意一个改为async就可以解除死锁。

3.栅栏和调度组

栅栏

当并发队列发现接下来要处理的是栅栏块，会等待当前所有任务运行完，才会单独执行这个栅栏块。待栅栏块执行完，再按正常方式继续向下处理。（不能用于全局并发并发队列）

dispatch_async(queue, blk0_for_reading);
dispatch_async(queue, blk1_for_reading);
dispatch_barrier_async(queue, blk_for_writeing);    
dispatch_async(queue, blk1_for_reading);
dispatch_async(queue, blk1_for_reading);

调度组：把多个任务分组，以便在这些任务执行结束后进行处理。

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_group_async(group, queue, ^{NSLog(@"blk0");});
dispatch_group_async(group, queue, ^{NSLog(@"blk1");});
dispatch_group_async(group, queue, ^{NSLog(@"blk2");});
dispatch_group_notify(group, queue, ^{NSLog(@"done");});

四、线程同步

4.1 线程同步方案

1.同步串行队列

2.信号量（dispatch_semaphore）

设置信号量数量用来控制线程并发访问的最大数量；如果是1的话，就是二元信号量，就是简单的互斥了。

3.锁机制

自旋锁：自旋锁，do while 忙等。如OSSpinLock（已不安全，会有优先级反转问题）
互斥锁：等待锁的进程处于休眠。如：os_unfair_lock、NSLock。
递归锁：允许一个线程重复加锁。如：NSRecursiveLock、同步块@synchronized
条件锁：如：NSCondition、NSConditionLock（对NSCondition的进一步封装）

这些锁本质上都是对pthread中mutex函数和条件变量函数的封装。
pthread 表示 POSIX thread，是 POSIX 标准的 unix 多线程库，定义了一组跨平台的线程相关的API。

4.2 性能比较

对以上各个锁进行1000000此的加锁解锁的空操作时间如下：

OSSpinLock: 46.15 ms
dispatch_semaphore: 56.50 ms
pthread_mutex: 178.28 ms
NSCondition: 193.38 ms
NSLock: 175.02 ms
pthread_mutex(recursive): 172.56 ms
NSRecursiveLock: 157.44 ms
NSConditionLock: 490.04 ms
@synchronized: 371.17 ms

总的来说：

OSSpinLock和dispatch_semaphore的效率远远高于其他。鉴于OSSpinLock的不安全，所以我们在开发中如果考虑性能的话，建议使用dispatch_semaphore。

@synchronized和NSConditionLock效率较差。如果不考虑性能，只是图个方便的话，那就使用@synchronized。

Q：iOS有哪些线程同步机制？

iOS线程同步的方案有：

1.同步串行队列
2.GCD的信号量
3.锁机制：自旋锁、互斥锁、递归锁、条件锁。

性能来说，信号量性能比较好，性能最差的是@synchronized。