本文对应github地址多线程,如果由于github调整导致资源找不到,请访问github
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:
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(),^{
NSLog("MainQueue");
});
自定义串行队列嵌套执行同步任务,产生死锁
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.baidu.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(serialQueue, ^{ //该代码段后面的代码都不会执行,程序被锁定在这里
NSLog(@"会执行的代码");
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"代码不执行");
});
});
嵌套使用dispatch_apply会导致死锁
死锁的四个必要条件:
(1) 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
(2) 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。
(3) 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。
(4) 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:
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)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
- 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
- GCD中的三种队列类型
1.主线程串行队列(main queue):与主线程功能相同,提交至Main queue的任务会在主线程中执行,Main queue 可以通过dispatch_get_main_queue()来获取。
2.全局并发队列(Global queue):全局并发队列由整个进程共享,有高、中(默认)、低、后台四个优先级别。Global queue 可以通过调用dispatch_get_global_queue函数来获取(可以设置优先级)
- 自定义队列(Custom queue): 可以为串行,也可以为并发。Custom queue 可以通过dispatch_queue_create()来获取;
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
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(mainQueue,^{
NSLog("MainQueue");
});
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。
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(mainQueue,^{
NSLog("MainQueue");
});
3.从子线程异步执行的任务返回主线程串行队列同步执行任务(例如更新UI)
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_async(globalQueue, ^{
//子线程异步执行下载任务,防止主线程卡顿
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://www.baidu.com"];
NSError *error;
NSString *htmlData = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
if (htmlData != nil) {
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
//异步返回主线程,根据获取的数据,更新UI
dispatch_async(mainQueue, ^{
NSLog(@"更新UI界面");
});
} else {
NSLog(@"error when download:%@",error);
}
});
注意:主线程串行队列由系统默认生成,无法调用dispatch_resume()和dispatch_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。
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"current task");
dispatch_sync(globalQueue, ^{
sleep(10.0);
NSLog(@"sleep 10s");
});
NSLog(@"next task");
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。
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"current task");
dispatch_async(globalQueue, ^{
sleep(2.0);
NSLog(@"sleep 2.0s");
});
NSLog(@"next task");
3 多个全局并发队列,异步执行任务。
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"0");
dispatch_async(globalQueue, ^{
NSLog(@"1");
});
dispatch_async(globalQueue, ^{
NSLog(@"2");
});
NSLog(@"3");
异步线程的执行顺序是不确定的,几乎同步开始执行,1和2 顺序不确定
全局并发队列由系统默认生成,无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。
*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)
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.baidu.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"0");
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"1");
sleep(2);
});
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"2");
});
NSLog(@"3");
2 自定义串行队列嵌套执行同步任务,产生死锁
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.test.serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(queue1, ^(void){
NSLog(@"不死锁");
});
NSLog(@"测试");
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(serialQueue, ^{ //该代码段后面的代码都不会执行,程序被锁定在这里
NSLog(@"会执行的代码");
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"代码不执行");
});
});
3 异步执行串行队列,嵌套同步执行串行队列,同步执行的串行队列中的任务将不会被执行,其他程序正常执行
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(serialQueue, ^{
NSLog(@"会执行的代码");
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"代码不执行");
});
});
注意:不要嵌套使用同步执行的串行队列任务
4 自定义并发队列执行同步任务(顺序执行)
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.baidu.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
NSLog(@"0");
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"1");
});
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"2");
});
NSLog(@"3");
5 自定义并发队列嵌套执行同步任务(不会产生死锁,程序正常顺序运行)
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
NSLog(@"current task");
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"先加入队列");
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"次加入队列");
});
});
NSLog(@"next task");
6 自定义并发队列执行异步任务(1,2不确定顺序)
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
NSLog(@"0");
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"1");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"2");
});
NSLog(@"3");
- 队列组(Group queue)
使用场景: 同时下载多个图片,所有图片下载完成之后去更新UI(需要回到主线程)或者去处理其他任务(可以是其他线程队列)。
原理:使用函数dispatch_group_create创建dispatch group,然后使用函数dispatch_group_async来将要执行的block任务提交到一个dispatch queue。同时将他们添加到一个组,等要执行的block任务全部执行完成之后,使用dispatch_group_notify函数接收完成时的消息。
使用示例:
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.634778311.www", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_async(group, serialQueue, ^{
// 网络请求一
[DDYRequest getDataSuccess:^(ResponseModel *model) {
dispatch_group_leave(group);
} failure:^(NSString *err) {
dispatch_group_leave(group);
}];
});
dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_async(group, serialQueue, ^{
// 网络请求二
[DDYRequest getDataSuccess:^(ResponseModel *model) {
dispatch_group_leave(group);
} failure:^(NSString *err) {
dispatch_group_leave(group);
}];
});
// 所有网络请求结束后会来到这个方法
dispatch_group_notify(group, serialQueue, ^{
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// 刷新UI
});
});
});
在当前线程阻塞的同步等待dispatch_group_wait
dispatch_group_t groupQueue = dispatch_group_create();
dispatch_time_t delayTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 10 * NSEC_PER_SEC);
dispatch_queue_t conCurrentGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"current task");
dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{
long isExecuteOver = dispatch_group_wait(groupQueue, delayTime);
if (isExecuteOver) {
NSLog(@"wait over");
} else {
NSLog(@"not over");
}
NSLog(@"并行任务1");
});
dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{
NSLog(@"并行任务2");
});
dispatch_time(dispatch_time_t when, int64_t delta);
参数注释:
第一个参数一般是DISPATCH_TIME_NOW,表示从现在开始
第二个参数是延时的具体时间
延时1秒可以写成如下几种:
NSEC_PER_SEC----每秒有多少纳秒
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1NSEC_PER_SEC);
USEC_PER_SEC----每秒有多少毫秒(注意是指在纳秒的基础上)
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1000USEC_PER_SEC); //SEC---毫秒
NSEC_PER_USEC----每毫秒有多少纳秒。
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, USEC_PER_SEC*NSEC_PER_USEC);SEC---纳秒
- GCD中一些系统提供的常用dispatch方法
1.dispatch_after延时添加到队列
只是延时提交block,并不是延时后立即执行,并不能做到精确控制,需要精确控制时慎用
三个参数:param1延迟时间,param2队列,param3block块
dispatch_time_t delayTime3 = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3*NSEC_PER_SEC);
dispatch_time_t delayTime2 = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 2*NSEC_PER_SEC);
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
NSLog(@"current task");
dispatch_after(delayTime3, mainQueue, ^{
NSLog(@"3秒之后添加到队列");
});
dispatch_after(delayTime2, mainQueue, ^{
NSLog(@"2秒之后添加到队列");
});
NSLog(@"next task");
2 dispatch_apply 快速迭代方法,
作用是把指定次数指定的block添加到queue中, 第一个参数是迭代次数,第二个是所在的队列,第三个是当前索引,dispatch_apply可以利用多核的优势,所以输出的index顺序不是一定的。
/dispatch_apply 和 dispatch_apply_f 是同步函数,会阻塞当前线程直到所有循环迭代执行完成。当提交到并发queue时,循环迭代的执行顺序是不确定的。
应用场景:
如果我们从服务器获取一个数组的数据,那么我们可以使用该方法从而快速的批量字典转模型。
NSArray *dictArray = nil;//存放从服务器返回的字典数组
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
dispatch_apply(dictArray.count, queue, ^(size_t index){
//字典转模型
});
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"主线程更新");
});
});
注意:嵌套使用dispatch_apply会导致死锁
3 dispatch_semaphore(信号量)
// 创建信号量,参数:信号量的初值,表示允许几个线程访问,如果小于0则会返回NULL
dispatch_semaphore_create(信号量值)
// 等待降低信号量,等待时间枚举(DISPATCH_TIME_NOW,DISPATCH_TIME_FOREVER)
dispatch_semaphore_wait(信号量,等待时间枚举值)
// 提高(发送)信号量
dispatch_semaphore_signal(信号量)
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_queue_t quene = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//任务1
dispatch_async(quene, ^{
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"run task 1");
sleep(1);
NSLog(@"complete task 1");
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
//任务2
dispatch_async(quene, ^{
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"run task 2");
sleep(1);
NSLog(@"complete task 2");
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
4 dispatch_once 保证在app运行期间,block中的代码只执行一次
经典使用场景---单例
单例对象ShareManager的定义
ShareManager的.h文件
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface ShareManager : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *someProperty;
+ (ShareManager *)shareManager;
+ (ShareManager *)sharedManager;
@end
ShareManager的.m文件
#import "ShareManager.h"
@implementation ShareManager
static ShareManager *sharedManager = nil;
//GCD实现单例功能
+ (ShareManager *)shareManager
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
sharedManager = [[self alloc] init];
});
return sharedManager;
}
//在ARC下,非GCD,实现单例功能
+ (ShareManager *)sharedManager
{
@synchronized(self) {
if (!sharedManager) {
sharedManager = [[self alloc] init];
}
}
return sharedManager;
}
- (instancetype)init{
self = [super init];
if (self) {
_someProperty =@"Default Property Value";
}
return self;
}
@end
ShareManager的使用
#import "ShareManager.h"
在需要使用的函数中,直接调用下面的方法
ShareManager *share = [ShareManager sharedManager];
NSLog(@"share is %@",share.someProperty);
// 还有一种直接使用懒加载方式创建单例,线程不安全,不建议采用
5 dispatch_barrier_async 栅栏操作
功能:是在并行队列中,等待在dispatch_barrier_async之前加入的队列全部执行完成之后(这些任务是并发执行的)再执行dispatch_barrier_async中的任务,dispatch_barrier_async中的任务执行完成之后,再去执行在dispatch_barrier_async之后加入到队列中的任务(这些任务是并发执行的)。
注意:使用 dispatch_barrier_async ,该函数只能搭配自定义并行队列 dispatch_queue_t 使用。不能使用: dispatch_get_global_queue ,否则 dispatch_barrier_async 的作用会和 dispatch_async 的作用一模一样。参考
使用示例:
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.baidu.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 1-1");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 1-2");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 1-3");
});
dispatch_barrier_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch barrier");
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 2-1");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 2-2");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 2-3");
});
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 3-1");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 3-2");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 3-3");
});
打印结果:
2018-04-17 10:20:43.598 FireFlyChat[7044:920515] dispatch 1-1
2018-04-17 10:20:43.598 FireFlyChat[7044:920515] dispatch 1-2
2018-04-17 10:20:43.599 FireFlyChat[7044:920515] dispatch 1-3
2018-04-17 10:20:43.599 FireFlyChat[7044:920501] dispatch barrier
2018-04-17 10:20:43.600 FireFlyChat[7044:920524] dispatch 3-1
2018-04-17 10:20:43.600 FireFlyChat[7044:920524] dispatch 3-3
2018-04-17 10:20:43.600 FireFlyChat[7044:920524] dispatch 2-1
2018-04-17 10:20:43.600 FireFlyChat[7044:920522] dispatch 3-2
2018-04-17 10:20:43.600 FireFlyChat[7044:920516] dispatch 2-2
2018-04-17 10:20:43.600 FireFlyChat[7044:920524] dispatch 2-3
2-n 和 3-n 顺序不确定,但是都是在所有1-n执行结束后执行
http://www.jianshu.com/p/ae786a4cf3b1
http://cbsfly.github.io/ios/rac1
iOS多线程全套:生命周期,线程安全,GCD、NSOperation的使用
NSOperation&NSOperationQueue详细总结
GCD详尽总结
pThread & NSThread详尽总结
GCD学习之GCD(Grand Central Dispatch)