前言

iOS 底层第22天的学习。今天又要迎来一个新的篇章的学习。这个篇章就是多线程。

多线程引入

• 说到线程，肯定要说到另一个词 — 进程

进程的基本概念

进程： 是指在系统中正在运行的一个程序
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

线程的基本概念

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

• 再来看一下苹果官方文档对 线程的解释
  

翻译👇

线程 是应用程序内实现多个执行路径的一种相对轻量级的方式。在系统层面，程序并排运行，系统根据其需求和其他程序的需求为每个程序提供执行时间。然而，在每个程序中，存在一个或多个执行线程，这些线程可用于同时或几乎同时执行不同的任务。系统本身实际上管理这些执行线程，安排它们在可用核心上运行，并根据需要先发制人地中断它们，以允许其他线程运行。

线程与进程的关系

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。
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

线程成本

• 看下官方的这幅图👇

多线程意义

• 看一下官方文档对多线程的解释

翻译👇

在应用程序中具有多个线程提供了两个非常重要的潜在优势：

• 多个线程可以提高应用程序的感知响应能力。
• 多线程可以提高应用程序在多核系统上的实时性能。
  如果您的应用程序只有一个线程，则该线程必须完成所有工作。它必须响应事件，更新应用程序的窗口，并执行实现应用程序行为所需的所有计算。只有一个线程的问题在于它一次只能做一件事。那么，当您的计算需要很长时间才能完成时会发生什么？当您的代码忙于计算所需的值时，应用程序会停止响应用户事件并更新其窗口。如果这种行为持续足够长的时间，用户可能会认为您的应用程序被挂起，并试图强制退出它。但是，如果您将自定义计算移到一个单独的线程上，应用程序的主线程将可以更及时地响应用户交互。

• 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512KB） 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

多线程原理

• 多线程并非真正意义上的并发，只是因为 CPU 在同一个时间点上调度线程的速度非常快，所以宏观上就近似并行多线程了。
• 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

多线程技术方案

线程生命周期

• 代码👇

  // 创建一个线程 New
  NSThread *t = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
  // start 
  [t start]; // 进入 runable
  
// 对 run 的实现
- (void)run{
    NSLog(@"开始");
    //下面的代码的作用是判断线程状态,可能因为下面的延时,阻塞会带来当前线程的一些影响
    // sleep 模拟线程堵塞 Blocked
   [NSThread sleepForTimeInterval:3];

  for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
        // 判断线程是否被取消
        if ([NSThread currentThread].isCancelled) {
            NSLog(@"%@被取消",self.t.name);
            return;
        }
        // 开始 running 
        NSLog(@"%@ %zd", [NSThread currentThread], i);
        //内部取消线程
        // 强制退出 - 当某一个条件满足，不希望线程继续工作，直接杀死线程，退出
        // 线程 Dead
        if (i == 8) {
            // 强制退出当前所在线程！后续的所有代码都不会执行
            [NSThread exit];
        }
    }
}

• 在线程生命周期里有个东西叫 线程池
• 那线程池是用来干什么的呢？ 顾名思义 就是存放线程的嘛

• 那线程池调度线程的具体流程是什么样的呢？ 请看👇

  
  
• 饱和策略如何处理
  • AbortPolicy： 直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻⽌系统正常运⾏
  • 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

线程锁

自旋锁 vs 互斥锁

• 自旋锁 : 发现其他线程执行 当前线程 询问 - 忙等 耗费性能比较高，一般用在大端
• 互斥锁: 发现其他线程执行 当前线程 休眠 (就绪状态) 一直在等打开 唤醒执行.下面会重点讲解

互斥锁

• 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

多线程知识点补充

1. 任务执行速度的影响因素有哪些？

• 1.CPU （单核 or 多核）
• 2.任务的复杂度
• 3.优先级的设定
• 4.线程状态

2. 优先级翻转
   优先级翻转是当一个高优先级任务通过信号量机制访问共享资源时，该信号量已被一低优先级任务占有，因此造成高优先级任务被许多具有较低优先级任务阻塞，实时性难以得到保证。

• 那为什么高优先级任务会被较低优先级任务阻塞？
  我们来解释这下面这2个东西

IO 密集型

IO 密集型指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作，此时CPU Loading并不高。

CPU 密集型

CPU密集型也叫计算密集型，指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多，此时，系统运作大部分的状况是 CPU Loading 100%，CPU 要读/写I/O(硬盘/内存)，I/O 在很短的时间就可以完成，而CPU还有许多运算要处理，CPU Loading 很高。
具体概念可参考这篇文章

小结一下：

IO 密集型 -> 线程任务频繁等待
CPU 密集型 -> 线程任务很少等待
因此就会导致 IO 密集型的线程 被饿死，这时 CPU 开始进行调度把 IO 密集型的任务的优先级临时的给提高上去 -> 线程被执行的可能性提高， 就导致了 优先级翻转

优先级因素

1. 用户指定
2. 等待的频繁的
3. 任务长时间不执行

3. atomic 与 nonatomic 的区别

atomic

是原子属性，是为多线程开发准备的，是默认属性！
仅仅在属性的 setter 方法中，增加了锁(自旋锁)，能够保证同一时间，只有一条线程对属性进行写操作 , 同一时间 单(线程)写多(线程)读的线程处理技术。线程安全，需要消耗⼤量的资源

• 底层源码👇

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
    // ..... 
   if (!atomic) {
       oldValue = *slot;
       *slot = newValue;
   } else {
     // 添加一个自旋锁
       spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot]; 、
       slotlock.lock();
       oldValue = *slot;
       *slot = newValue;        
       slotlock.unlock();
   }

• 从源码可知 atomic 只是一个判断的标识

nonatomic

是非原子属性
没有锁！性能高！⾮线程安全，适合内存⼩的移动设

• 小结: iOS 开发建议
  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

总结

• 今天分享的多线程篇章概念性的东西比较多：
  • 什么线程，线程和进程区别
  • 多线程的原理：它并非真正意义上的并发，只是因为 CPU 在同一个时间点上调度线程的速度非常快，所以宏观上就近似并行多线程了
  • 线程生命周期 从 new -> start -> runable -> running -> blocked -> Dead
  • 最后也补充几个问题，扩展了知识面。
  • 预告:下次要学习的就是iOS多线程里用的最多的 GCD 底层的探索