iOS开发_多线程_基础知识点

1、Threads

• 1.1 进程

  • 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用且受保护的内存空间内。
  • 比如同时打开 QQ、Xcode，系统就会分别启动两个进程。通过 “活动监视器” 可以查看 Mac 系统中所开启的进程。
    
  • 一个程序的一次运行，在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享一块内存。

• 1.2 线程

  • 线程是进程中执行任务的基本执行单元。一个进程要执行任务，必须得有线程，一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行。每一个进程至少有一条线程，即主线程。一个进程可以开启多条线程，每条线程可以并发（同时）执行不同的任务。
  • 比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影，都需要在线程中执行。
    
  • 在程序中每一个方法的执行，都是从上向下串行执行的。除非使用 block，否则在一个方法中，所有代码的执行都在同一个线程上。
  • 进程与线程的联系：线程是进程的基本组成单位。
  • 进程与线程的区别：
    • 1. 调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位。
    • 2. 并发性：不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可并发执行。
    • 3. 拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源。
    • 4. 系统开销：在创建或撤消进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。

2、线程的串行

• 一个线程中任务的执行是串行（顺序执行）的。如果要在一个线程中执行多个任务，那么只能一个一个的按顺序执行这些任务，也就是说，在同一时间内，一个线程只能执行一个任务。
• 比如在一个线程中下载三个文件（分别是文件 A，文件 B，文件 C）。
  

3、多线程原理

• 同一时间，CPU 只能处理一条线程，只有一条线程在工作（执行）。多线程并发（同时）执行，其实是 CPU 快速的在多条线程之间调度（切换）。如果 CPU 调度线程的时间足够快，就造成了多条线程并发执行的假象。
  
• 多线程开发的复杂度相对较高，在开发时可以按照以下套路编写代码：
  • 1)首先确保单个线程执行正确。
  • 2)添加线程。
• 在多线程开发的时候，有几点提示：
  • 1)不要相信一次运行的结果。
  • 2)不要去做不同线程之间执行的比较，线程内部的方法都是各自独立执行的。
  • 3)多线程的目的是将耗时的操作放在后台，不阻塞主线程和用户的交互。
  • 4)多线程开发的原则是简单，不要将简单的事情搞复杂了。

4、多线程优点、缺点

• 4.1 多线程优点

  • 使用多线程可以将耗时的任务放到后台去执行，不阻塞主线程和用户的交互。
  • 使用多线程能够并发、同时执行多个任务，可以适当提高程序的执行效率，适当提高资源的利用率（CPU、内存的利用率）。

• 4.2 多线程缺点

  • 每开一个线程都会造成系统额外的负担，开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，每一条线程都会占用 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 调度线程上开销就越大。
  • 线程越多，程序设计就更加复杂，比如线程之间的通信、多线程的数据共享就更加复杂。
• 通常开启 5 到 6 条线程即可，不能开启的太多。
• 栈区：保存局部变量和函数的参数，由下向上压栈。线程执行完毕后，栈区会自动释放，程序员不需要管理栈区的内存。
  

5、主线程

• 一个 iOS 程序运行后，默认会开启一条线程，称为主线程或 UI 线程。主线程主要用于显示/刷新 UI 界面，处理 UI 事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）。
• 注意别将比较耗时的操作放到主线程中，耗时的操作会卡住主线程，严重影响 UI 的流畅度，给用户一种 “卡” 的坏体验。

6、线程状态

• 新线程创建启动后，线程对象被加入可调度线程池中，进入就绪状态，等待 CPU 调度。在线程被调度运行时，如果线程调用了 sleep 方法或者等待同步锁时，线程由运行状态进入到阻塞状态，线程被移出可调度线程池。sleep 到时或者得到同步锁时，线程重新进入可调度线程池，回到就绪状态。线程任务执行完毕或者异常、强制退出时，线程由运行状态进入到死亡状态，线程结束，线程占用内存空间被释放。
  
• 在整个线程状态循环中，程序员无法控制线程的运行状态。线程是否运行由 CPU 调度完成。

7、线程安全

• 如果一个属性，在多个线程执行的情况下，仍然能够得到正确结果，被称为线程安全。
• 要实现线程安全，就必须要用到锁，用到锁就会降低程序的性能。为了得到更佳的用户体验，UIKit 不是线程安全的，UI 线程约定所有更新 UI 的操作都必须主线程上执行，因此，主线程又被称为 UI 线程。

• 1）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。

• 2）使用互斥锁：

  @synchronized (self) {
  }
  

  • 互斥锁能够保证锁定范围的代码，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，只要锁住资源读写部分的代码即可。锁定范围越大，效率越差。使用锁之后，程序执行性能都会受到影响，会影响并发的目的。
  • 在 iOS 开发中，使用锁的机会极少，一般都是从服务器获取到数据，直接显示。
  • 参数：
    • self 表示当前的 UIViewController，为 NSObject 的子类。本质上是任意一个 NSObject 子类对象都可以当成锁。
    • 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。
    • 锁对象一定要保证所有的线程都能够访问。必须为全局变量。

• 3）使用变量原子性：

  • 原子属性（线程安全），是针对多线程设计的，是默认属性。
  • 多个线程在写入原子属性时（调用 setter 方法），能够保证同一时间只有一个线程执行写入操作，但是允许多个线程同时读取属性值。
  • 原子属性是一种单(线程)写多(线程)读的多线程技术，在多线程读取数据时，有可能出现“脏”数据 - 读取的数据可能会不正确。
  • 原子属性内部也有一把 "锁"，是自旋锁，执行效率比互斥锁高。
  • 在定义属性时，如果不需要考虑线程安全，要显示地指定为 nonatomic。
  • 原子属性，解决不了卖票问题，因为卖票的读写都需要锁定。
  • 如果重写了原子属性的 setter 方法，相当于覆盖了系统提供的 setter 方法，此时，系统要求，必须重写 getter 方法。
  • 定义属性时，系统默认提供 getter & setter 方法，并且生成一个 _成员变量，但是如果自己重写了 getter & setter 方法，_成员变量，不会自动生成。
  • @synthesize 合成指令，可以指定保存属性数值的 成员变量。
  • 在 Xcode 4.5 之前，开发，程序员必须自己实现 @synthesize 指令。

• 4）自旋锁 & 互斥锁：

  • 共同点：
    • 都能够保证同一时间，只有一条线程执行锁定范围的代码。
  • 不同点：
    • 互斥锁：如果发现有其他线程正在执行锁定的代码，线程会进入休眠状态，等待其他线程执行完毕，打开锁之后，线程会被唤醒。
    • 自旋锁：如果发现有其他线程正在执行锁定的代码，线程会以死循环的方式，一直等待锁定代码执行完成。
  • 结论：
    • 自旋锁更适合执行非常短的代码。
    • 无论什么锁，都是要付出代价。

8、线程间通信

• 在子线程中执行比较耗时的操作（如下载图片等），子线程执行完毕后通知主线程更新 UI 等的操作。
• UIKit 中几乎所有控件都不是线程安全的，因此需要在主线程上更新 UI。在子线程中可以使用以下方法让主线程执行 UI 操作：

  // waitUntilDone: YES 等待主线程执行完成后子线程再继续执行
  [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:) withObject:image waitUntilDone:YES];
  dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
      [self updateUI:image];
  });
  [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
      [self updateUI:image];
  }];