Swift006-多线程
相关概念
进程
指在系统中正在运行的一个应用程序，进程拥有独立运行所需的全部资源（例如：正在运行的QQ就是一个进程）。线程
指程序中独立运行的代码段（例如：接收QQ消息的代码），一个进程是由一或多个线程组成。多线程
1个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务，进程只负责资源的调度和分配，线程才是程序真正的执行单元，负责代码的执行。单线程与多线程对比
- 单线程程序：只有一个线程，代码顺序执行，容易出现代码阻塞（页面假死）。
- 多线程程序：有多个线程，线程间独立运行，能有效的避免代码阻塞，并且提高程序的运行性能。
- 线程相关
- 同步线程：同步线程会阻塞当前线程去执行线程内的任务，执行完之后才会反回当前线程。
- 异步线程：异步线程不会阻塞当前线程，会开启其他线程去执行线程内的任务。
- 串行队列：线程任务按先后顺序逐个执行（需要等待队列里面前面的任务执行完之后再执行新的任务）。
- 并发队列：多个任务按添加顺序一起开始执行（不用等待前面的任务执行完再执行新的任务），但是添加间隔往往忽略不计，所以看着像是一起执行的。
- 并发VS并行：并行是基于多核设备的，并行一定是并发，并发不一定是并行。
- 死锁
死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去
例如主线程串行队列同步执行任务引起死锁
DispatchQueue.main.sync {
print("死锁了不执行")
}
自定义串行队列同步任务 嵌套 该自定义串行队列同步任务，产生死锁
let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue")
serialQueue.sync {
print("执行了1")
serialQueue.sync {
print("死锁了不执行")
}
}
自定义串行队列异步任务 嵌套 该自定义串行队列同步任务， 产生死锁
let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue")
serialQueue.async {
print("执行了1")
serialQueue.sync {
print("死锁了不执行")
}
}
print("执行了3")
总结：遇到串行同步要小心
- 死锁的四个必要条件
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
- 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
- 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
- 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
- 避免死锁的方法
- 破坏“互斥”条件:就是在系统里取消互斥。若资源不被一个进程独占使用，那么死锁是肯定不会发生的。但一般“互斥”条件是无法破坏的。因此，在死锁预防里主要是破坏其他三个必要条件，而不去涉及破坏“互斥”条件。
- 破坏“请求和保持”条件:在系统中不允许进程在已获得某种资源的情况下，申请其他资源。即要想出一个办法，阻止进程在持有资源的同时申请其他资源。
方法：要求每个进程提出新的资源申请前，释放它所占有的资源。这样，一个进程在需要资源S时，须先把它先前占有的资源R释放掉，然后才能提出对S的申请，即使它可能很快又要用到资源R。 - 破坏“不可抢占”条件：允许对资源实行抢夺。
方法一：如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝，则该进程必须释放它最初占有的资源，如果有必要，可再次请求这些资源和另外的资源。
方法二：如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源，则操作系统可以抢占另一个进程，要求它释放资源。只有在任意两个进程的优先级都不相同的条件下，该方法才能预防死锁。 - 破坏“循环等待”条件：将系统中的所有资源统一编号，进程可在任何时刻提出资源申请，但所有申请必须按照资源的编号顺序（升序）提出。这样做就能保证系统不出现死锁。
方法：利用银行家算法避免死锁。
-
线程安全
一段线程安全的代码（对象），可以同时被多个线程或并发的任务调度，不会产生问题，非线程安全的只能按次序被访问。所有Mutable对象都是非线程安全的，所有Immutable对象都是线程安全的，使用Mutable对象，一定要用同步锁来同步访问（@synchronized）。
互斥锁：能够防止多线程抢夺造成的数据安全问题，但是需要消耗大量的资源
原子属性（atomic）加锁atomic: 原子属性，为setter方法加锁，将属性以atomic的形式来声明，该属性变量就能支持互斥锁了。
nonatomic: 非原子属性，不会为setter方法加锁，声明为该属性的变量，客户端应尽量避免多线程争夺同一资源。
几种多线程技术比较
pthread
优点: 跨平台，可移植性强
缺点: 程序员管理生命周期，使用难度大。一般不用NSThread (抽象层次：低)
优点：轻量级，简单易用，可以直接操作线程对象
缺点: 需要自己管理线程的生命周期，线程同步。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销。Cocoa NSOperation (抽象层次：中)
优点：不需要关心线程管理，数据同步的事情，可以把精力放在学要执行的操作上。基于GCD，是对GCD 的封装，比GCD更加面向对象
缺点: NSOperation是个抽象类，使用它必须使用它的子类，可以实现它或者使用它定义好的两个子类NSInvocationOperation、NSBlockOperation.GCD 全称Grand Center Dispatch (抽象层次：高)
优点：是 Apple 开发的一个多核编程的解决方法，简单易用，效率高，速度快，基于C语言，更底层更高效，并且不是Cocoa框架的一部分，自动管理线程生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）。
缺点: 使用GCD的场景如果很复杂，就有非常大的可能遇到死锁问题。
GCD抽象层次最高，使用也简单，因此，苹果也推荐使用GCD
- 为什么要用 GCD 呢？
- GCD 可用于多核的并行运算
- GCD 会自动利用更多的 CPU 内核（比如双核、四核）
- GCD 会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
- 程序员只需要告诉 GCD 想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码
GCD
1.主线程串行队列（main queue）：提交至Main queue的任务会在主线程中执行，Main queue 可以通过DispatchQueue.main来获取,主队列一定伴随主线程，但主线程不一定伴随主队列。
2.全局并发队列（Global queue）：全局并发队列由整个进程共享，有Qos优先级别。Global queue 可以通过调用DispatchQueue.global()函数来获取（可以设置优先级）
3.自定义队列(Custom queue): 可以为串行，也可以为并发。Custom queue 可以通过DispatchQueue(label: String)和DispatchQueue(label: String, attributes: DispatchQueue.Attributes.concurrent)来获取；
4.队列组 (Group queue)：将多线程进行分组，最大的好处是可获知所有线程的完成情况。
Group queue 可以通过调用dispatch_group_create()来创建，通过dispatch_group_notify 可以直接监听组里所有线程完成情况。
-
主线程串行队列(The main queue)
1.主线程串行队列同步执行任务，在主线程运行时，会产生死锁
DispatchQueue.main.sync { print("死锁了不执行") }2.主线程串行队列异步执行任务，在主线程运行，不会产生死锁
DispatchQueue.main.async { print("执行了") }3.安全异步主线程主队列
import Foundation extension DispatchQueue { fileprivate static var currentQueueLabel: String? { let cString = __dispatch_queue_get_label(nil) return String(cString: cString) } // "com.apple.main-thread" fileprivate static var isMainQueue: Bool { return currentQueueLabel == self.main.label } } func ddyMainAsyncSafe(_ execute: @escaping () -> Void) { DispatchQueue.isMainQueue ? execute() : DispatchQueue.main.async(execute: execute) } // 调用 ddyMainAsyncSafe { print("主线程主队列刷新UI") }附：RxSwift中判断主线程主队列方式
extension DispatchQueue { private static var token: DispatchSpecificKey<()> = { let key = DispatchSpecificKey<()>() DispatchQueue.main.setSpecific(key: key, value: ()) return key }() static var isMain: Bool { return DispatchQueue.getSpecific(key: token) != nil } }注意：主线程串行队列由系统默认生成，无法调用conQueue.resume()和Queue.suspend()来控制执行继续或中断。
-
全局并发队列(Global queue)
耗时操作(如网络请求，IO，数据库读写等)在子线程中处理，然后通知主线程更新界面
1.全局并发队列同步执行任务，在主线程执行会导致页面卡顿。
print("同步执行任务 1") DispatchQueue.global().sync { print("同步执行任务 2") } print("同步执行任务 3")2 全局并发队列异步执行任务，会开启新的子线程去执行任务，页面不会卡顿。
print("异步执行任务 1") DispatchQueue.global().async { print("异步执行任务 2") } print("异步执行任务 3")3 多个全局并发队列，异步执行任务。
print("全局并发队列 异步执行任务 1") DispatchQueue.global().async { print("全局并发队列 异步执行任务 2") } DispatchQueue.global().async { print("全局并发队列 异步执行任务 3") } print("全局并发队列 异步执行任务 4")异步线程的执行顺序是不确定的，几乎同步开始执行，2和3 顺序不确定
全局并发队列由系统默认生成，无法调用conQueue.resume()和Queue.suspend()来控制执行继续或中断。附
// Swift3开始使用了DispatchWorkItem类将任务封装成为对象，由对象进行任务。 let item = DispatchWorkItem { // do task } DispatchQueue.global().async(execute: item) // 也可以使用DispatchWorkItem实例对象的perform方法执行任务 let workItem = DispatchWorkItem { // do task } DispatchQueue.global().async { workItem.perform() } -
自定义队列 (Custom queue)
1 自定义串行队列同步执行任务(依次执行)
let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue") print("自定义串行队列同步执行任务 1") serialQueue.async { print("自定义串行队列同步执行任务 2") } serialQueue.async { print("自定义串行队列同步执行任务 3") } print("自定义串行队列同步执行任务 4")2 自定义串行队列同步任务 嵌套 该自定义串行队列同步任务，产生死锁
let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue") serialQueue.sync { print("执行了1") serialQueue.sync { print("死锁了不执行") } } print("没执行")3 自定义串行队列同步任务嵌套并发队列同步任务 不死锁
let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue") let globalQueue = DispatchQueue.global() let concurrentQ = DispatchQueue(label: "concurrentQueue1", attributes: .concurrent) serialQueue.sync { print("执行了1") globalQueue.sync { print("执行了2") } concurrentQ.sync { print("执行了3") } } print("执行4")4 自定义串行队列同步执行任务 嵌套 另一个自定义串行队列同步任务 不死锁
let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue1") let serialQueue2 = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue2") serialQueue1.sync { print("执行了1") serialQueue2.sync { print("执行了2") } } print("执行了3")5 自定义串行队列异步执行任务 嵌套 该自定义串行队列同步任务，产生死锁
let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.ddy.serialQueue") serialQueue.async { print("执行了1") serialQueue.sync { print("死锁了不执行") } } print("执行了3")总结：遇到嵌套串行队列同步任务要小心 可能 会死锁
6 自定义并发队列执行同步任务(顺序执行)
```
let concurrentQ = DispatchQueue(label: "concurrentQueue1", attributes: .concurrent)
print("执行了 1")
concurrentQ.sync {
print("执行了 2")
}
concurrentQ.sync {
print("执行了 3")
}
print("执行了 4")
```
7 自定义并发队列同步任务 嵌套 该自定义并发队列同步任务 (顺序执行 不会死锁)
```
let concurrentQ = DispatchQueue(label: "concurrentQueue1", attributes: .concurrent)
print("执行了 1")
concurrentQ.sync {
print("执行了 2")
concurrentQ.sync {
print("执行了 3")
}
}
print("执行了 4")
```
8 自定义并发队列执行异步任务（2，3不确定顺序）
```
let concurrentQ = DispatchQueue(label: "concurrentQueue1", attributes: .concurrent)
print("执行了 1")
concurrentQ.async {
print("执行了 2")
}
concurrentQ.async {
print("执行了 3")
}
print("执行了 4")
```
队列便利构造器
- label: 队列的唯一标识符(用于调试)
- qos: 队列的优先级(.userInteractive .userInitiated .default .utility .background .unspecified)
- .userInteractive：用户交互相关，为了好的用户体验，任务需要立马执行。使用该优先级用于UI更新，事件处理和小工作量任务，在主线程执行。
- .userInitiated：优先级等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,需要立刻的结果
- .default：默认优先级,优先级等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT，建议大多数情况下使用默认优先级
- .utility：优先级等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW，可以执行很长时间，再通知用户结果。比如：下载一个大文件，网络，计算
- .background：最低优先级，等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND. 用户不可见，比如：在后台存储大量数据
- .unspecified：未定义
- attributes: 队列属性(attributes是一个结构体并遵守OptionSet协议，所以传入的参数可以为[.option1, .option2])
- .concurrent并发队列，
- .initiallyInactive表明队列需要手动开启。不填写时默认队列串行、自动执行
- autoreleaseFrequency:自动释放频率，有些列队会在执行完任务之后自动释放，有些是不会自动释放的，需要手动释放。官方文档是说当设为.workItem时，所有异步任务提交的代码块会被封装成独立的任务，在同步执行的队列则不受影响。
- target:目标队列
```
// 队列的便利构造函数(便利构造器)
public convenience init(label: String, qos: DispatchQoS = .unspecified, attributes: DispatchQueue.Attributes = [], autoreleaseFrequency: DispatchQueue.AutoreleaseFrequency = .inherit, target: DispatchQueue? = nil)
// 优先级顺序:userInteractive> userInitiated> default> utility> background> unspecified
let label = "com.ddy.concurrentQueue"
let qos = DispatchQoS.default
let attributes = DispatchQueue.Attributes.concurrent
let autoreleaseFrequnecy = DispatchQueue.AutoreleaseFrequency.never
let queue = DispatchQueue(label: label, qos: qos, attributes: attributes, autoreleaseFrequency: autoreleaseFrequnecy, target: nil)
```
等待任务结束
```
let concurrentQ = DispatchQueue(label: "concurrentQueue1", attributes: .concurrent)
// 可以在初始化的时候指定更多的参数
let workItem = DispatchWorkItem(qos: .default, flags: .barrier) {
sleep(5)
print("done")
}
concurrentQ.async(execute: workItem)
print("before waiting")
workItem.wait()
print("after waiting")
// before waiting
// done
// after waiting
```
-
队列组(Group queue)
场景1: A、B、C 三个任务并发异步执行，都执行完才执行D任务(三个网络请求和都请求完毕才刷新UI)
// 并发队列 let concurrentQ = DispatchQueue(label: "com.ddy.concurrentQueue", attributes: .concurrent) // 创建组 let group = DispatchGroup() // 网络请求1 group.enter() concurrentQ.async { DDYRequest.request(["test":"1"], { (success: Bool) in group.leave() }) } // 网络请求2 group.enter() concurrentQ.async { DDYRequest.request(["test":"2"], { (success: Bool) in group.leave() }) } // 调度组里的任务都执行完毕执行 group.notify(queue: concurrentQ) { DispatchQueue.global().async { // 处理数据 DispatchQueue.main.async { // 刷新UI } } }场景2:A执行完才执行B(第一次请求网络拿到ID去再次请求网络拿具体数据,最后刷新UI)
// 并发队列 let concurrentQ = DispatchQueue(label: "com.ddy.concurrentQueue", attributes: .concurrent) // 创建组 let group = DispatchGroup() // 网络请求1 group.enter() concurrentQ.async { DDYRequest.request(["test":"1"], { (success: Bool) in print("离开 1") group.leave() }) } group.wait() // 网络请求2 group.enter() concurrentQ.async { DDYRequest.request(["test":"2"], { (success: Bool) in print("离开 2") group.leave() }) } // 调度组里的任务都执行完毕执行 group.notify(queue: concurrentQ) { DispatchQueue.global().async { print("处理数据") DispatchQueue.main.async { print("刷新UI") } } }group.wait(timeout: DispatchTime(uptimeNanoseconds: 10*NSEC_PER_SEC)) 来表示等待与超时
GCD一些常用函数
-
asyncAfter 延迟添加调用
asyncAfter并不是在指定时间后执行任务处理，而是在指定时间后把任务追加到queue里面。因此会有少许延迟。
DispatchQueue.global().asyncAfter(deadline: DispatchTime.now()+2.0) { print("2秒后执行的") } // let delay = DispatchTime.now() + Double(Int64(3 * 1000 * 1000000)) / Double(NSEC_PER_SEC) // let delay = DispatchTime.now() + DispatchTimeInterval.seconds(10) let delay = DispatchTime.now() + 10 DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: delay) { print("10秒后执行的") } // 注意:我们不能直接取消我们已经提交到 asyncAfter 里的任务代码。 // 如需取消正在等待执行的Block操作，可先将这个Block封装到DispatchWorkItem对象中，然后对其发送cancle，来取消一个正在等待执行的block // 将要执行的操作封装到DispatchWorkItem中 let task = DispatchWorkItem { print("3秒后执行被取消") } // 延时2秒执行 DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: DispatchTime.now() + 3.0, execute: task) // 取消任务 task.cancel() -
循环执行concurrentPerform(OC快速迭代 apply)
OC中GCD的dispatch_apply()，而Swift中用concurrentPerform()
let concurrentQ = DispatchQueue(label: "com.ddy.concurrentQueue", attributes:.concurrent) let array = ["1", "3", "5", "7", "9"]; concurrentQ.async { DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: array.count) { (index) in print("\(array[index])") } } // 1 9 3 5 7 可以利用多核的优势，所以无序 // 简化 迭代五次 // DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: 5) { // print("\($0)") // } -
信号量 semaphore
创建信号量对象，调用signal方法发送信号，信号加1，调用wait方法等待，信号减1.用信号量实现刚刚的多个请求功能。
// DispatchSemaphore(value: )：用于创建信号量，可以指定初始化信号量计数值，这里我们默认1. // semaphore.wait()：会判断信号量。如果是0，则等待，如果非0，则往下执行 // semaphore.signal()：代表运行结束，信号量加1，有等待的任务这个时候才会继续执行。 let queue = DispatchQueue.global() let group = DispatchGroup() let semaphore = DispatchSemaphore(value: 0) queue.async(group: group) { DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 0.6, execute: { semaphore.signal() print("Task one finished") }) semaphore.wait() } queue.async(group: group) { DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 1.5, execute: { semaphore.signal() print("Task two finished") }) semaphore.wait() } queue.async(group: group) { print("Task three finished") } group.notify(queue: queue) { print("All task has finished") } -
栅栏操作 barrier
GCD里的Barrier和NSOperationQueue的dependency比较接近
只能用在自定义并行队列，且只保证任务中代码执行到，如果任务中存在异步则不保证执行完let concurrentQ = DispatchQueue(label: "com.ddy.barrier", attributes: .concurrent) concurrentQ.async { print("task 0-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 0-1") }) print("task 0-3") } concurrentQ.async { print("task 1-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 1-1") }) print("task 1-3") } concurrentQ.async(flags: .barrier) { print("task 2-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 2-1") }) } concurrentQ.async { print("task 3-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 3-1") }) }let concurrentQ = DispatchQueue(label: "com.ddy.barrier", attributes: .concurrent) concurrentQ.async { print("task 0-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 0-1") }) print("task 0-3") } concurrentQ.async { print("task 1-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 1-1") }) print("task 1-3") } let writeTask = DispatchWorkItem(flags: .barrier) { print("task 2-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 2-1") }) } concurrentQ.async(execute: writeTask) concurrentQ.async { print("task 3-0") DDYRequest.request(2, { (success: Bool) in print("task 3-1") }) }执行顺序分析
先排除各个任务中异步延迟操作(该操作已经执行到，但不保证执行完回调)
0-0
(0-3 1-0 1-3) or (1-0 1-3 0-3) or (1-0 0-3 1-3)
2-0
然后分析异步延迟的回调
(0-1 1-1 3-1) or (0-1 3-1 1-1) or (1-1 0-1 3-1) or (1-1 3-1 0-1) or (3-1 0-1 1-1) or (3-1 1-1 0-1)
2-1 -
DispatchSource实现GCD定时器
Timer的无奈:
Timer的创建与撤销必须在同一个线程操作,在多线程环境下使用不便.
使用时必须保证有一个活跃的runloop,然而主线程的runloop是默认开启的,子线程的runloop却是默认不开启的,当在子线程中使用Timer的时候还需要先激活runloop,否则Timer是不会起效的.
内存泄漏问题. 在控制器中使用Timer的时候需要控制器对Timer进行强引用,然而Timer还会对控制器进行强引用,造成循环引用最终控制器无法释放导致内存泄漏.private class func testGCDTimer() { // 倒计时总次数 var timeCount = 20 // 自定义并发队列 let concurrentQ = DispatchQueue(label: "com.ddy.timer", attributes: .concurrent) // 在自定义队列的定时器 let timer = DispatchSource.makeTimerSource(flags: [], queue: concurrentQ) // 设置立即开始 0.5秒循环一次 timer.schedule(deadline: .now(), repeating: 0.5) // 触发回调事件 timer.setEventHandler { timeCount = timeCount - 1 if timeCount <= 0 { timer.cancel() } DispatchQueue.main.async { print("主线程更新UI \(timeCount)") } } // cancel事件回调 timer.setCancelHandler { DispatchQueue.main.async { print("已结束I \(timeCount)") } } // 启动定时器 timer.resume() }
参考 Swift4 - GCD的使用
参考 Swift4.0 - GCD
参考 多线程之GCD
参考 从使用场景了解GCD新API
iOS_多线程二
