【iOS】架构师之路~底层原理三 : (多线程、内存管理)

架构师之路~底层原理四:(性能优化、架构)

十四. 多线程

14.1 ios 多线程方案

pthread / NSThread /GCD /NSOperation
复制代码

14.2GCD的经常使用函数

GCD中有2个用来执行任务的函数
用同步的方式执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
queue：队列
block：任务

用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

GCD源码：https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch
复制代码

14.3 GCD的队列

GCD的队列能够分为2大类型
并发队列（Concurrent Dispatch Queue）
可让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

串行队列（Serial Dispatch Queue）
让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）
复制代码

14.4 容易混淆的术语

有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行
同步和异步主要影响：能不能开启新的线程
同步：在当前线程中执行任务，不具有开启新线程的能力
异步：在新的线程中执行任务，具有开启新线程的能力

并发和串行主要影响：任务的执行方式
并发：多个任务并发（同时）执行
串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务

复制代码

14.5 各类队列的执行效果

14.6 GCD队列组的使用

14.7 多线程的安全隐患

资源共享
1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源
好比多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件

当多个线程访问同一块资源时，很容易引起数据错乱和数据安全问题
复制代码

14.8 多线程安全隐患的解决方案

14.9 iOS中的线程同步方案 线程安全.线程锁

解决方案: 使用线程同步技术(同步,就是协同步调,按预约的前后次序进行) 常见线程同步技术: 加锁

OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

复制代码

14.10 OSSpinLock (自旋锁) 不安全

14.11 OSUnfairLock (互斥锁) 运行效率最高

14.12 pthread_mutex

mutex 互斥锁,等待锁的线程会处于休眠状态

14.13 NSLock、NSRecursiveLock

14.14 NSCondition

14.15 dispatch_queue (SerialQueue)

使用GCD串行队列,实现同步

复制代码

14.16 dispatch_semaphore (信号量) 能够用于控制最大并发数量

semaphore叫作”信号量”
信号量的初始值，能够用来控制线程并发访问的最大数量
信号量的初始值为1，表明同时只容许1条线程访问资源，保证线程同步

复制代码

14.17 @synchronized (互斥锁)

@synchronized是对mutex递归锁的封装
源码查看：objc4中的objc-sync.mm文件
@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，而后进行加锁、解锁操做
复制代码

14.18 iOS线程同步方案性能比较

os_unfair_lock  ios10 开始
OSSpanLock      ios10 废弃
dispatch_semaphore  
dispatch_mutex
dispatch_queue   串行
NSLock  对 mutex 封装
@synchronized 最差
复制代码

14.19 自旋锁、互斥锁比较

什么状况使用自旋锁比较划算？
预计线程等待锁的时间很短
加锁的代码（临界区）常常被调用，但竞争状况不多发生
CPU资源不紧张
多核处理器

什么状况使用互斥锁比较划算？
预计线程等待锁的时间较长
单核处理器
临界区有IO操做
临界区代码复杂或者循环量大
临界区竞争很是激烈
复制代码

14.20 Atomic 和 Noatomic

atomic用于保证属性setter、getter的原子性操做，至关于在getter和setter内部加了线程同步的锁
能够参考源码objc4的objc-accessors.mm
它并不能保证使用属性的过程是线程安全的
复制代码

14.21 多线程 读写线程安全方案

思考如何实现如下场景
同一时间，只能有1个线程进行写的操做
同一时间，容许有多个线程进行读的操做
同一时间，不容许既有写的操做，又有读的操做

上面的场景就是典型的“多读单写”，常常用于文件等数据的读写操做，iOS中的实现方案有
pthread_rwlock：读写锁
dispatch_barrier_async：异步栅栏调用
复制代码

14.22 pthread_rwlock

14.23 dispatch_barrier_async

十五. 内存管理

15.1 CADisplayLink、NSTimer使用注意

CADisplayLink 保证调用频率和刷帧频率一直,60FPS, 不用设置时间间隔,每秒钟60次
    可使用 proxy 代理解决循环引用
    
    CADisplayLink、NSTimer会对target产生强引用，若是target又对它们产生强引用，那么就会引起循环引用
复制代码

解决方案1.使用block

解决方案2.使用代理对象（NSProxy）

15.2 NSProxy 也属于基类

代理,用于解决循环引用,,用于消息转发,不会在父类查找方法
NSObject 和 NSProxy 区别
复制代码

15.3 GCD定时器

NSTimer依赖于RunLoop，若是RunLoop的任务过于繁重，可能会致使NSTimer不许时
而GCD的定时器会更加准时,GCD定时器,不依赖 Runloop ,会很准时,依赖内核
复制代码

15.4 iOS 程序的内存布局

低地址-> 高地址
保留->代码段->数据段(字符串常量,已初始化全局数据,未初始化数据)>堆->栈内存-> 内核区域
代码段: 编译以后的代码
数据段: 字符串常量,已经初始化的全局变量,或者静态变量,未初始化的全局变量,静态变量
堆 (低>高)  经过 alloc malloc calloc 动态分配的内存

栈 (高地址 从 低地址)  函数调用开销()
复制代码

15.5 Tagged Pointer

从64bit开始，iOS引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储

在没有使用Tagged Pointer以前， NSNumber等对象须要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值

使用Tagged Pointer以后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中

当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据

objc_msgSend能识别Tagged Pointer，好比NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了之前的调用开销

如何判断一个指针是否为Tagged Pointer？
iOS平台，最高有效位是1（第64bit）
Mac平台，最低有效位是1
复制代码

判断是否为Tagged Pointer

15.6 OC对象的内存管理

在iOS中，使用引用计数来管理OC对象的内存

一个新建立的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间

调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1

内存管理的经验总结
当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不须要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它
想拥有某个对象，就让它的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让它的引用计数-1

能够经过如下私有函数来查看自动释放池的状况
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

复制代码

15.7 copy和mutableCopy

15.8 引用计数器的存储 retaincount

15.9 dealloc

15.10 autoreleasePool 自动释放池

自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage

调用了autorelease的对象最终都是经过AutoreleasePoolPage对象来管理的

源码分析
-clang重写@autoreleasepool
-objc4源码：NSObject.mm
复制代码

15.11 AutoreleasePoolPage的结构

调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈，而且返回其存放的内存地址

调用pop方法时传入一个POOL_BOUNDARY的内存地址，会从最后一个入栈的对象开始发送release消息，直到遇到这个POOL_BOUNDARY

id *next指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域
复制代码

15.12 runloop 和 autoreleasePool

iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer
-第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()
-第2个Observer
    监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush()
    监听了kCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()
复制代码

参考：iOS底层原理班（下）/OC对象/关联对象/多线程/内存管理/性能优化