多线程技术初步

转载自：http://www.cofcool.net/development/2015/06/21/ios-study-note-ten-multithreading-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。
线程：线程是进程的基本执行单元，一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行。1个进程要想执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1条线程）。1个线程中任务的执行是串行的，如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务。也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务。
多线程：1个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务。进程就像车间，线程像车间工人，线程在进程中执行任务。多线程技术可以提高程序的执行效率。

原理：同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作。多线程并发执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度。如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象。但是线程非常多时，CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源，另外每条线程被调度执行的频次会降低，也就是线程的执行效率降低。

优点：提高程序的执行效率，提高资源利用率（CPU、内存利用率等）

缺点：开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用1M，子线程占用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在调度线程上的开销就越大；程序设计更加复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享，增加了开发成本。
iOS中多线程的实现方案：
NSThread

<1> 创建和启动线程
```
 NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
 [thread start];
	
 //主线程相关用法
 + (NSThread *)mainThread; // 获得主线程
 - (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
 + (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
```
<2> 用法
```
 // 获得当前线程
 NSThread *current = [NSThread currentThread];

 // 线程的调度优先级
 // 调度优先级的取值范围是0.0 ~ 1.0，默认0.5，值越大，优先级越高
 + (double)threadPriority;
 + (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
 - (double)threadPriority;
 - (BOOL)setThreadPriority:(double)p;

 // 线程的名字
 - (void)setName:(NSString *)n;
 - (NSString *)name;
```
<3> 其他创建线程方式 优点：简单快捷;缺点：无法对线程进行更详细的设置。
```
 // 创建线程后自动启动线程
 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

 // 隐式创建并启动线程
 [self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
```
<4> 线程的状态

控制线程的状态：
```
 // 启动线程
 // 进入就绪状态 -> 运行状态。当线程任务执行完毕，自动进入死亡状态
 - (void)start; 

 // 阻塞（暂停）线程,进入阻塞状态
 + (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
 + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;

 // 强制停止线程,进入死亡状态,一旦线程停止了，就无法再次开启任务另外
 + (void)exit;
```
<5> 多线程的安全隐患 同一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，如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资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题。

安全隐患解决：互斥锁。

互斥锁使用格式：@synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码 }。注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的

优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题

缺点：需要消耗大量的CPU资源

互斥锁的使用前提：多条线程抢夺同一块资源

线程同步：多条线程按顺序地执行任务，互斥锁，就是使用了线程同步技术。

<6> 原子和非原子属性 OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择:atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）;nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁。
```
 // atomic加锁原理
 @property (assign, atomic) int age;
 - (void)setAge:(int)age
 {
     @synchronized(self) {
         _age = age;
     }
 }
```
nonatomic和atomic对比:atomic：线程安全，需要消耗大量的资源;nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备。在ios开发中，尽量避免使用多线程，把加锁、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。因此，所有属性声明为nonatomic。

<7> 线程之间通信 在1个进程中，线程往往不是孤立存在的，多个线程之间需要经常进行通信。线程间通信的体现：1个线程传递数据给另1个线程；在1个线程中执行完特定任务后，转到另1个线程继续执行任务。
```
 // 线程间通信常用方法
 - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
 - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
```

GCD：全称是Grand Central Dispatch，纯C语言，提供了非常多强大的函数。

<1> 优势

GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
GCD会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
程序员只需要告诉GCD想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

<2> 任务和队列 GCD中有2个核心概念，任务：执行什么操作；队列：用来存放任务。GCD的使用2个步骤：定制任务，确定想做的事情。将任务添加到队列中，GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行。任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出。

<3> 执行任务 同步和异步的区别：同步：在当前线程中执行；异步：在另一条线程中执行。

 // 用同步的方式执行任务
 // queue：队列
 // block：任务
 dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
	
 // 用异步的方式执行任务
 dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

<4> 队列 GCD的队列可以分为2大类型:并发队列，串行队列。

并发队列（Concurrent Dispatch Queue）

可以让多个任务并发（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

GCD默认已经提供了全局的并发队列，供整个应用使用，不需要手动创建。

  // 使用dispatch_queue_create函数创建串行队列
  // 创建,第一个参数为队列名称，第二个参数为队列属性，一般用NULL
  dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.cofcool.queue", NULL);
  // 非ARC需要释放手动创建的队列
  dispatch_release(queue); 
		
  // 使用主队列（跟主线程相关联的队列）
  // 主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列
  // 放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行
  // 使用dispatch_get_main_queue()获得主队列
  dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

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

<5> 线程间通信

 // 从子线程回到主线程
 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
     // 执行耗时的异步操作...
     dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
         // 回到主线程，执行UI刷新操作
     });
 });

<6> 延时执行

iOS常见的延时执行有2种方式：

调用NSObject的方法

  // 2秒后再调用self的run方法   
  [self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];

使用GCD函数

  dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
      // 2秒后异步执行这里的代码...
  });

一次性代码

  // 使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次
  static dispatch_once_t onceToken;
  dispatch_once(&onceToken, ^{
      // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
  });

<7> 队列组 分别异步执行2个耗时的操作，等2个异步操作都执行完毕后，再回到主线程执行操作。可以使用队列组来实现：

 dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
     // 执行1个耗时的异步操作
 });
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
     // 执行1个耗时的异步操作
 });
 dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
     // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程...
 });

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