iOS 多线程概述

线程和进程的区别

进程

  • 程序的一次执行过程,是临时的有生命期,动态产生,动态消亡
  • 可以多个进程并发执行,每个进程之间相互独立,运行在专有且受保护的内存空间中
  • 是系统进行资源分配和调度的一个独立单元
  • 由程序、数据、进程控制块三部分组成
  • 操作系统分配资源的最小单元
  • 进程切换消耗资源大

线程

  • 线程是CPU调度的最小单元,线程没有地址空间,饱汉子进程地址空间中
  • 一个进程由一个或多个线程组成,进程的所有任务都是在线程中执行的
  • 程序启动会默认开启一条线程(主线程)
  • 同一进程下,各个线程共享程序的内存空间和资源
  • 线程的切换比进程切换快,一个线程奔溃后整个进程都会死掉
  • 线程不能独立执行,必须依赖进程

线程和Runloop的关系

  • 线程和Runloop是一一对应的,一个runloop对应一个核心线程,因为runloop是可以嵌套的,但核心的只有一个,他们的对应关系保存在一个全局字典中
  • runloop可以管理线程,当runloop开启后,线程会在任务执行完后进入休眠状态,需要执行任务时会被唤醒
  • runloop在第一次获取时创建,线程结束后自动销毁
  • 主线程的runloop在程序启动时默认创建了
  • 子线程的runloop是已懒加载的方式创建的,所以在子线程使用定时器要确保子线程的runloop是否创建

多线程

对于单核CPU同一时间只有一条线程,iOS中的多线程执行本质是:CPU在多任务直接快速切换,由于调度速度快就造成多线程“同时“执行的效果,其中切换任务的时间间隔叫时间片

优点

  • 提高执行效率
  • 提高资源的利用率,如CPU、内存

缺点

  • 开启线程需要占用一定的内存空间,默认512kb
  • 大量的线程会占用过多的内存空间,降低程序的性能
  • 线程越多,CPU在线程的开销越大
  • 程序设计更复杂,如线程通信和多线程数据共享

线程的生命周期

主要分为五步:新建--就绪--运行--阻塞--死亡


声明周期
  • 1、新建:实例化线程对象
  • 2、就绪:当线程对象调用start会将其加入可调度线程池中,等待CPU调用,
  • 3、运行:CPU调度线程执行任务
  • 4、阻塞:使用sleep或者同步锁等方式,阻塞线程执行
  • 5、死亡:线程执行完毕或者线程内部终止执行(如exit方法,奔溃等)

线程执行的快慢条件:优先级任务的复杂度CPU调度情况

线程池

线程池原理
  • 【第一步】判断核心线程池中是否都在执行任务
    • NO:创建新的工作线程去执行任务
    • YES:跳转到【第二步】
  • 【第二步】判断线程池中工作队列是否饱满
    • NO:将任务存储到工作队列,等待CPU调度
    • YES:跳转到【第三步】
  • 【第三步】判断线程池中的线程是否都处于执行状态
    • NO:安排可调度线程池中空余线程去执行任务
    • YES:跳转到【第四步】
  • 【第四步】交给饱和策略去执行
    • AbortPolicy:直接抛出RejectedExecutionExeception异常阻止程序运行
    • CallerRunsPolicy:将任务返回给调度者
    • DisOldestPolicy:丢弃等待最久的任务
    • DisCardPolicy:丢弃整个任务

iOS 多线程实现方案

实现方案

互斥锁和自旋锁

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,我们可以通过互斥锁(同步锁)或者自旋锁来解决

互斥锁(同步锁@synchronized)

  • 已休眠形式等待唤醒执行
  • 开销大于自旋锁,但是一劳永逸
  • 确保同一时间只有一条线程能执行
  • 能够加锁任意NSObject对象
  • 锁定的范围应该尽量小,范围越大,效率越差
  • 锁对象要确保所有线程都能访问
  • 如果只有一个地方需要加锁,大多使用self,避免单独再创建一个对象

自旋锁

  • 一直占用CPU,不会引起调度者休眠,调度者会一直循环判断自旋锁的保持者是否释放了锁,是一个死循环检测,起始开销低,随着锁的时间加长,开销成线性增长
  • 效率比互斥锁高
  • 容易造成死锁

atomic 和 nonatomic

主要用来修饰属性

atomic原子锁

  • 原子属性
  • 为多线程开发准备,MAC开发中常用
  • 线程安全的,在属性的setter方法中,增加了自旋锁,确保多读单写
  • 消耗大量资源

nonatomic非原子锁

  • 非原子属性
  • 非线程安全,没有锁,性能高
  • iOS中常用

线程通信

Threading Programming Guide文档中,线程间的通讯有以下几种方式

  • 【直接消息传递】:通过performSelector一系列方法,可以实现由某一线程指定到目标线程。因为任务的执行上下文是目标线程,这种方式发送的消息会被自动序列化

  • 【全局变量、共享内存块、共享对象】:虽然这种方式即快速又高效,但是很脆弱,多线程访问时可能导致竞争、数据损坏等,必须使用锁或者其他同步机制保护

  • 【Runloop sources】:自定义的Runloop sources可以让一个线程收到特定的消息,因为Runloop是由事件驱动的,所有在没有任务时线程会自动进入休眠提高线程的效率

  • 【消息队列】:用于管理传入和传出数据,简单方便,但是效率低

  • 【条件执行】:是一种同步工具,用于控制线程合适执行代码的特定部分

  • 【Ports 和 sockets】:基于端口的通信非常可靠,端口和套接字可用于外部实体(例如其他进程和服务)进行通信,端口通讯需要将端口添加到主线程的Runloop中,不然不会有回调

  • 【Cocoa 分布式对象】:基于端口通信的高级实现,开销大,适合进程之间的通信

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