第17章.并发编程

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Pro_Objective-C_并发编程_Demo
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问题1 并发编程的相关概念

*** 顺序处理、并发处理和并行计算的区别 ***

• 顺序处理是指按照先后顺序处理逻辑控制流（即逐个处理）。
• 并发处理是指同时执行多个任务 。从广义上讲，它与程序的设计有关。
• 并行计算是指多个软件同时执行多个操作或任务。执行并行计算的能力直接取决于计算机硬件。

*** 并发编程和异步编程的差异 ***

• 并发处理是指同时执行多个逻辑控制流。
• 异步处理也是一种高效的机制，用于通过异步方式（即非阻塞）调用方法/函数。换言之，方法的调用者可以在方法被执行时，继续执行自己的处理过程。

*** 并发处理的优势 ***

• 增加应用程序的吞吐量（指在一段时间内应用程序能够完成的任务数）
• 提高系统利用率
• 提高应用程序的整体响应性
• 提高应用程序的整体响应性
• 更好地与问题领域契合

问题2 并发处理带来的挑战及解决方案

*** 并发处理带来的难题？ ***

• 在不同线程中的相关操作时需要实现同步。
• 在线程之间必须实现信息共享。
• 因为要同时执行控制流的多个线程，所以整个程序的执行顺序是不确定的。

通过多种机制可以处理上述难题，其中最常用的两种是共享内存 和消息传递。

共享内存

共享内存模式通过使用同步机制来协调多个线程共用的数据。例如使用锁或判定条件。

• 锁是一种控制多线程间数据访问和资源共享的机制。
• 条件变量是一种同步机制，它使线程一直处于等待状态直到指定条件出现。条件变量通常是使用锁实现的。

*** 锁带来的问题 ***
锁实施一种互斥策略，从而避免受保护的数据和资源被多个线程同时访问。

使用锁不当可能出现的问题：

• 死锁：指两个或多个线程相互阻塞的情况，每个线程都在等待其他线程释放锁，导致所有线程都一直处于等待状态。（如循环等待）
• 活锁：指一个线程因为要回应其他的一个或多个线程，而导致自身无法继续执行的情况。
• 资源匮乏：指线程无法正常访问共享资源的情况，其原因通常是共享资源被其他线程占用。实际上，可以将活锁视为资源匮乏的一种形式。

消息传递

在消息传递模式中，模型状态不是共享的，线程通过交换消息进行通信。

• 在进行同步消息传递时，发送者和接受者会直接连接；消息传递操作完成后，发送者和接受者会断开连接。
• 异步消息传递通过队列传输消息（发送者和接受者并不会直接配对）。

问题3 在Objective-C中实现并发编程的语言特性、API与系统服务

• 语言特性：使用@synchronized指令在代码中创建锁，使用atomic属性限定符对属性进行线程安全的访问。
• 消息传递：Foundation框架中的NSObject类含有许多方法，这些方法使用消息传递模式，通过线程调用对象中的方法。
• 线程：Foundation框架提供了直接创建和管理线程的整套API。
• 操作队列：是基于Objective-CD消息传递机制，通过异步设计方法实现并发编程。
• 分派队列：是基于C语言的一系列语言特性和运行时服务，用于通过异步和并发方式执行任务。

问题4 消息传递

Foundation框架中的NSObject类含有许多方法，这些方法使用消息传递模式，通过线程调用对象中的方法。下面是相关的方法选择器：

• performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
• performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:
• performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
• performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:

NSObject类中的每个方法都会为接受对象中将被线程调用的方法设置选择器，该方法也叫作线程入口点例程。
使用这些消息传递方法，可以设置以同步或异步方式调用线程。
performSelectorOnMainThread:方法通常用于从子线程对象向主线程对象返回值（如状态、计算结果等）。对于只应通过主线程使用的对象（如UIKit中的某些对象），这个API尤为重要。

例如：

ConcurrentProcessor *processor = [ConcurrentProcessor new];
[processor performSelector:@selector(downloadTask) onThread:secondaryThread withObject:nil waitUntilDone:NO];

waitUntilDone:参数设置了异步/同步操作。NO表示异步的。

问题5 线程

线程是指在某个进程环境中执行的逻辑控制流。

*** NSObject线程 ***

使用NSObject类的performSelectorInBackground:withObject:方法可以隐式地创建和启动用于执行对象中方法的新线程。

例如：

  ConcurrentProcessor *processor = [ConcurrentProcessor new];
  [processor performSelectorInBackground:@selector(downloadTask:) withObject:nil];
  while(!processor.isLoaded)
  ;

这个方法提供了一种使用新后台线程执行对象中方法的简单机制。

*** NSThread ***

NSThread类提供了多个可以显式创建和管理线程的API。该类所含的方法可以创建和初始化NSThread对象、启动和停止线程、配置线程和查询线程及其执行环境。

用于创建和初始化线程的API:

• detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:
• initWithTarget:selector:object:

其中，detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:方法会创建新线程并调用接受者的入口点例程（即将该方法与它的选择器对应起来）。从功能上讲，该方法等价于NSObject类的performSelectorInBackground:withObject:方法。
而initWithTarget:selector:object:方法会创建新线程，但不会启动该线程。需要通过start实例方法启动该线程。

*** 线程同步 ***

• 锁：使用NSLock类可以实现用于控制同步访问共享状态操作的锁。通过NSLock类的API可以直接创建锁。
• 条件变量：一种锁，用于同步操作的执行顺序。条件变量提供了一种高效的机制，使用该机制可以控制对共享数据的访问操作，还可以同步对这些数据的处理操作。

本章小结

介绍了并发编程，以及支持异步/并发处理的多种机制和API:

• 并发处理是指同时执行多个任务 。它与 程序的设计有关，而并行计算与硬件有关。使用并发处理的原因非常多，如增加应用程序的吞吐量、提高系统利用率、提升应用程序的响应性和更好地契合问题领域等。
• 并发处理是指同时执行多个逻辑控制流。另外，异步处理也是一种高效的机制，用于通过异步方式（即非阻塞）调用方法/函数。换言之，方法的调用者可以在方法被执行时，继续执行自己的处理过程。
  可通过多种服务实现异步处理，其中包括使用并发编程API和服务。
• 在Objective-C中，最常见用的并发编程机制是消息传递、线程、同步机制、操作队列和分派队列。
• 操作对象和操作队列提供了一种面向对象的机制，使用该机制可以实现异步/并发编程。它们替代了低级线程管理，并简化了对执行多个相互依赖任务的同步和协调。
• GCD是一个集合，它含有语言特性、基于C语言的API，以及支持使用分派队列执行任务的系增强功能。使用GCD分配队列可以通过同步
  或异步方式执行代码，通过串行或并发方式执行任务。与线程相比，分派任务更易于使用，而且在执行异步或并发任务时更高效。