多线程介绍

线程和进程

线程和进程的定义

线程：

• 线程是进程的基本执行单元，一个进程的全部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

进程：

• 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序
• 每一个进程之间是独立的，每一个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内
• 经过“活动监视器”能够查看 Mac 系统中所开启的进程

进程与线程的关系

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，可是进程之间的 资源是独立的。

1. 一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其余进程产生影响，可是一个线程崩溃整个进程都死掉。因此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。因此涉及到频繁的切换时，使用线程要好于进程。一样若是要求同时进行而且又要共享某些变量的并发操做，只能用线程不能用进程
3. 执行过程:每一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。可是 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，可是进程不是。
5. 线程没有地址空间,线程包含在进程地址空间中

多线程的意义

优势:

• 能适当提升程序的执行效率
• 能适当提升资源的利用率(CPU，内存)
• 线程上的任务执行完成后，线程会自动销毁

缺点

• 开启线程须要占用必定的内存空间(默认状况下，每个线程都占 512 KB)
• 若是开启大量的线程，会占用大量的内存空间，下降程序的性能
• 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，好比线程间的通讯、多线程的数据共享

多线程原理

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，就形成了多线程的“同时”执行的效果

* 若是线程数很是多

• CPU 会在 N 个线程之间切换，消耗大量的 CPU 资源 

* 每一个线程被调度的次数会下降，线程的执行效率下降

多线程技术方案

C与OC的桥接

• __bridge只作类型转换，可是不修改对象(内存)管理权;
• __bridge_retained(也可使用CFBridgingRetain)将Objective-C的对象转换为 Core Foundation的对象，同时将对象(内存)的管理权交给咱们，后续须要使用 CFRelease或者相关方法来释放对象;
• __bridge_transfer(也可使用CFBridgingRelease)将Core Foundation的对象 转换为Objective-C的对象，同时将对象(内存)的管理权交给ARC。

线程生命周期

• 新建：new新建线程后，调用start后，并不会当即执行，而是进入就绪状态，等待CPU的调度。
• 运行：CPU调度当前线程，进入运行状态，开始执行任务。若是当前线程还在运行中，CPU从可调度池中调用其余线程，来执行此任务。
• 阻塞：运行中的任务，被调用sleep/等待同步锁时，会进入阻塞状态。全部线程都中止，等待sleep结束/获取同步锁，才会回到就绪状态。
• 死亡：运行中的任务，在任务执行完或被强制退出时，线程自动进入Dead销毁。

线程池

饱和策略

• 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

这四种拒绝策略均实现的RejectedExecutionHandler接口

多线程常见问题

1. 任务执行速度的影响因素有哪些

• cup 的调度状况
• 任务的复杂度
• 优先级
• 线程状态

2. 优先级翻转

在看优先级反转前先了解什么是IO密集型线程和CPU密集型线程。

• IO密集型线程：频繁等待的线程，等待的时候会让出时间片。
• CPU密集型线程：不多等待的线程，意味着长时间占用着 CPU。

IO密集型线程比CPU密集型线程更容易获得优先级提高。

特殊场景下，当多个优先级都比较高的CPU 密集型线程霸占了全部 CPU 资源，而此时优先级较低的 IO 密集型线程将持续等待，产生线程饿死的现象。固然，为了不线程饿死，CPU会发挥调度做用去逐步提升被“冷落”线程的优先级（提升优先级不必定就会执行，有几率的问题），IO 密集型线程一般状况下比 CPU 密集型线程更容易获取到优先级提高。

3. 线程优先级影响因素

• 用户指定
• 根据等待的频繁度提高或者下降
• 长时间不执行会被提升优先级

自旋锁和互斥锁

在咱们使用多线程的过程当中会遇到一种现象，就是资源抢夺。

例如多窗口售票这个案例，假设如今有 1000 张票，窗口 1 售卖了一张还剩 999 张，可是窗口 2 并不能同步知道剩余票数，因此仍是按照 1000 张去售票，这种状况就会出现问题。这个时候咱们就须要借助加锁操做来解决这种问题。这里咱们介绍两种锁，自旋锁与互斥锁。

互斥锁：

• 发现其余线程执行，当前线程休眠 (就绪状态) 一直在等打开 , 唤醒执行。
• 保证锁内代码，同一时间，只有一条线程可以执行。
• 互斥锁的锁定范围，应该尽可能小，锁定范围越大，效率越差。

互斥锁参数：

• 可以加锁的任意NSObject对象。
• 锁对象要保证全部线程都可以访问。
• 若是代码只有一个地方须要加锁，大多都使用self，这样能够避免单独再建立一个锁对象。

自旋锁：

• 发现其余线程执行，当前线程询问 , 忙等，耗费性能比较高。自旋锁内容应尽量小，保障尽快完成锁内任务。

互斥锁与自旋锁的区别：

• 互斥锁是被动等待代码触发，再上锁。被动触发，任务资源较大(执行耗时长)时，选择互斥锁。
• 自旋锁是主动轮循请求资源。因此自旋锁更消耗资源。要求当即执行，任务资源较小(执行耗时短)时，可选择自旋锁。

atomic 与 nonatomic

atomic：

• 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，增长了锁(自旋锁)，可以保证同一时间，只有一条线程对属性进行写操做
• 同一时间 单(线程)写多(线程)读的线程处理技术

nonatomic:

• nonatomic 是非原子属性
• 没有锁！性能高！

下面咱们来看一下 atomic 的底层实现：

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
    if (offset == 0) {
        object_setClass(self, newValue);
        return;
    }

    id oldValue;
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);

    if (copy) {
        newValue = [newValue copyWithZone:nil];
    } else if (mutableCopy) {
        newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
    } else {
        if (*slot == newValue) return;
        newValue = objc_retain(newValue);
    }

    // 判断是不是 atomic 标识，是的话就添加锁操做
    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;        
        slotlock.unlock();
    }

    objc_release(oldValue);
}
复制代码

在源码中咱们能够看到 atomic 其实就是一个标识，底层根据 atomic 标识来判断是否加锁。