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常用的多線程

技術(shù)方案	簡(jiǎn)介	語(yǔ)言	線程生命周期	使用頻率
pthread	一套通用的多線程API，適用于Unix\Linux\Windows等系統(tǒng)，跨平臺(tái)\可移植，使用難度大	C	程序員管理	幾乎不用
NSThread	使用更加面向?qū)ο?，?jiǎn)單易用，可直接操作線程對(duì)象	OC	程序員管理	偶爾使用
GCD	旨在替代NSThread等線程技術(shù)，充分利用設(shè)備的多核	C	自動(dòng)管理	經(jīng)常使用
NSOperation	基于GCD（底層是GCD），比GCD多了一些更簡(jiǎn)單實(shí)用的功能，使用更加面向?qū)ο?/td>	OC	自動(dòng)管理	經(jīng)常使用

GCD

GCD中有2個(gè)用來(lái)執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)

用同步的方式執(zhí)行任務(wù)

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

queue：隊(duì)列
block：任務(wù)

用異步的方式執(zhí)行任務(wù)

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

GCD的隊(duì)列可以分為2大類(lèi)型

并發(fā)隊(duì)列（Concurrent Dispatch Queue）可以讓多個(gè)任務(wù)并發(fā)（同時(shí)）執(zhí)行（自動(dòng)開(kāi)啟多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行任務(wù)）并發(fā)功能只有在異步（dispatch_async）函數(shù)下才有效
串行隊(duì)列（Serial Dispatch Queue）
讓任務(wù)一個(gè)接著一個(gè)地執(zhí)行（一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢后，再執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)）

有4個(gè)術(shù)語(yǔ)比較容易混淆：同步、異步、并發(fā)、串行

同步和異步主要影響：能不能開(kāi)啟新的線程
同步：在當(dāng)前線程中執(zhí)行任務(wù)，不具備開(kāi)啟新線程的能力
異步：在新的線程中執(zhí)行任務(wù)，具備開(kāi)啟新線程的能力
并發(fā)和串行主要影響：任務(wù)的執(zhí)行方式
并發(fā)：多個(gè)任務(wù)并發(fā)（同時(shí)）執(zhí)行
串行：一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢后，再執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)

各種隊(duì)列的執(zhí)行效果.png

$\color{red}{使用sync函數(shù)往當(dāng)前串行隊(duì)列中添加任務(wù)，會(huì)卡住當(dāng)前的串行隊(duì)列（產(chǎn)生死鎖）}$

- (void)testOne
{
    // 問(wèn)題：以下代碼是在主線程執(zhí)行的，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生死鎖？會(huì)！
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)1");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(queue, ^{
    //等待testOne結(jié)束，無(wú)法結(jié)束導(dǎo)致
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)2");
    });
    
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)3");
    
    // dispatch_sync立馬在當(dāng)前線程同步執(zhí)行任務(wù)
}

- (void)testTwo
{
    // 問(wèn)題：以下代碼是在主線程執(zhí)行的，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生死鎖？不會(huì)！
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)1");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)2");
    });
    
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)3");
    
    // dispatch_async不要求立馬在當(dāng)前線程同步執(zhí)行任務(wù)，等待testTwo執(zhí)行結(jié)束，才會(huì)執(zhí)行異步線程
}

- (void)testThird
{
    // 問(wèn)題：以下代碼是在主線程執(zhí)行的，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生死鎖？會(huì)！
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)1");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueu", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{ // 0
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)2");
        
        dispatch_sync(queue, ^{ // 1
            NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)3");
        });
    
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)4");
    });
    
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)5"); 
    
    //和主線程的執(zhí)行類(lèi)似，會(huì)卡死等待上一個(gè)任務(wù)testThird 的結(jié)束，只要在同一個(gè)串行隊(duì)列添加同步線程就會(huì)死鎖，無(wú)論外面是否包裹了異步線程 
}

- (void)testFour
{
    // 問(wèn)題：以下代碼是在主線程執(zhí)行的，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生死鎖？不會(huì)！
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)1");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueu", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
//    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myqueu2", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myqueu2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_async(queue, ^{ // 0
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)2");
        
        dispatch_sync(queue2, ^{ // 1
            NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)3");
        });
        
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)4");
    });
    
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)5");
    
    //添加在不同的隊(duì)列里面，所以即使是串行隊(duì)列的同步也沒(méi)有關(guān)系
}

- (void)testFive
{
    // 問(wèn)題：以下代碼是在主線程執(zhí)行的，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生死鎖？不會(huì)！
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)1");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueu", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_async(queue, ^{ // 0
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)2");
        
        dispatch_sync(queue, ^{ // 1
            NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)3");
        });
        
        NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)4");
    });
    
    NSLog(@"執(zhí)行任務(wù)5");
    
    //并發(fā)隊(duì)列可以執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，所以不會(huì)阻塞
}

performSelector:withObject:afterDelay:的本質(zhì)是往Runloop中添加定時(shí)器，子線程默認(rèn)沒(méi)有啟動(dòng)Runloop

performSelector: withObject:的本質(zhì)是在RunTime中，相當(dāng)于objc_msgend方法

- (void)test
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1");
        // 這句代碼的本質(zhì)是往Runloop中添加定時(shí)器
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];
        NSLog(@"3");
        
        //        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
    });
}

Group

- (void)test {
    // 創(chuàng)建隊(duì)列組
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    // 創(chuàng)建并發(fā)隊(duì)列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("my_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 添加異步任務(wù)
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)1-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)2-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    // 等前面的任務(wù)執(zhí)行完畢后，會(huì)自動(dòng)執(zhí)行這個(gè)任務(wù)
//    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
//        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
//            for (int i = 0; i < 5; i++) {
//                NSLog(@"任務(wù)3-%@", [NSThread currentThread]);
//            }
//        });
//    });
    
//    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
//        for (int i = 0; i < 5; i++) {
//            NSLog(@"任務(wù)3-%@", [NSThread currentThread]);
//        }
//    });
    
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)3-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任務(wù)4-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
}

安全隱患

資源共享 1塊資源可能會(huì)被多個(gè)線程共享，也就是多個(gè)線程可能會(huì)訪問(wèn)同一塊資源，比如多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象、同一個(gè)變量、同一個(gè)文件
當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)同一塊資源時(shí)，很容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯(cuò)亂和數(shù)據(jù)安全問(wèn)題

解決方案：使用線程同步技術(shù)（同步，就是協(xié)同步調(diào)，按預(yù)定的先后次序進(jìn)行），常見(jiàn)的線程同步技術(shù)是：
$\color{red}{加鎖}$

OSSpinLock

OSSpinLock叫做”自旋鎖”，等待鎖的線程會(huì)處于忙等（busy-wait）狀態(tài)，一直占用著CPU資源，目前已經(jīng)不再安全，可能會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題，如果等待鎖的線程優(yōu)先級(jí)較高，它會(huì)一直占用著CPU資源，優(yōu)先級(jí)低的線程就無(wú)法釋放鎖，需要導(dǎo)入頭文件#import <libkern/OSAtomic.h> iOS10之后后不再使用

可以通過(guò)嘗試加鎖及解決線程阻塞

if (OSSpinLockTry(&_lock)) {
    int oldTicketsCount = self.ticketsCount;
    sleep(.2);
    oldTicketsCount--;
    self.ticketsCount = oldTicketsCount;
    NSLog(@"還剩%d張票 - %@", oldTicketsCount, [NSThread currentThread]);

    OSSpinLockUnlock(&_lock);
}

os_unfair_lock

os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ，從iOS10開(kāi)始才支持，從底層調(diào)用看，等待os_unfair_lock鎖的線程會(huì)處于休眠狀態(tài)，并非忙等，需要導(dǎo)入頭文件#import <os/lock.h>

os_unfair_lock.png

pthread_mutex

mutex叫做”互斥鎖”，等待鎖的線程會(huì)處于休眠狀態(tài)，需要導(dǎo)入頭文件#import <pthread.h>
mutex根據(jù)屬性不同，還有一個(gè)遞歸鎖，是允許同一個(gè)線程遞歸，如果是兩個(gè)線程同時(shí)調(diào)一個(gè)方法，第二個(gè)線程會(huì)等待

pthread_mutex.png

$\color{red}{自旋鎖、互斥鎖}$
匯編中調(diào)用sysCall之后喚起模擬器，線程休眠了

pthread_mutex 條件

pthread_mutex.png

NSLock、NSRecursiveLock

NSLock是對(duì)mutex普通鎖的封裝

NSLock.png

NSRecursiveLock也是對(duì)mutex遞歸鎖的封裝，API跟NSLock基本一致

NSCondition

NSCondition是對(duì)mutex和cond的封裝

NSCondition.png

NSConditionLock

NSConditionLock是對(duì)NSCondition的進(jìn)一步封裝，可以設(shè)置具體的條件值

NSConditionLock.png

dispatch_semaphore

semaphore叫做”信號(hào)量”，信號(hào)量的初始值，可以用來(lái)控制線程并發(fā)訪問(wèn)的最大數(shù)量，信號(hào)量的初始值為1，代表同時(shí)只允許1條線程訪問(wèn)資源，保證線程同步

dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

直接使用GCD的串行隊(duì)列，也是可以實(shí)現(xiàn)線程同步的

dispatch_semaphore.png

@synchronized

@synchronized是對(duì)mutex遞歸鎖的封裝

@synchronized(obj)內(nèi)部會(huì)生成obj對(duì)應(yīng)的遞歸鎖，然后進(jìn)行加鎖、解鎖操作

synchronized.png

源碼查看：objc4中的objc-sync.mm文件

性能比較

性能從高到低排序

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

使用場(chǎng)景

什么情況使用自旋鎖比較劃算？

預(yù)計(jì)線程等待鎖的時(shí)間很短
加鎖的代碼（臨界區(qū)）經(jīng)常被調(diào)用，但競(jìng)爭(zhēng)情況很少發(fā)生
CPU資源不緊張
多核處理器

什么情況使用互斥鎖比較劃算？

預(yù)計(jì)線程等待鎖的時(shí)間較長(zhǎng)
單核處理器
臨界區(qū)有IO操作
臨界區(qū)代碼復(fù)雜或者循環(huán)量大
臨界區(qū)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈

atomic

atomic用于保證屬性setter、getter的原子性操作，相當(dāng)于在getter和setter內(nèi)部加了線程同步的鎖，可以參考源碼objc4的objc-accessors.mm， $\color{red}{它并不能保證使用屬性的過(guò)程是線程安全的}$

iOS中的讀寫(xiě)安全方案

思考如何實(shí)現(xiàn)以下場(chǎng)景
同一時(shí)間，只能有1個(gè)線程進(jìn)行寫(xiě)的操作
同一時(shí)間，允許有多個(gè)線程進(jìn)行讀的操作
同一時(shí)間，不允許既有寫(xiě)的操作，又有讀的操作

上面的場(chǎng)景就是典型的“多讀單寫(xiě)”，經(jīng)常用于文件等數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作，iOS中的實(shí)現(xiàn)方案有
pthread_rwlock：讀寫(xiě)鎖
dispatch_barrier_async：異步柵欄調(diào)用

pthread_rwlock

等待鎖的線程會(huì)進(jìn)入休眠

pthread_rwlock.png

dispatch_barrier_async

這個(gè)函數(shù)傳入的并發(fā)隊(duì)列必須是自己通過(guò)dispatch_queue_cretate創(chuàng)建的
如果傳入的是一個(gè)串行或是一個(gè)全局的并發(fā)隊(duì)列，那這個(gè)函數(shù)便等同于dispatch_async函數(shù)的效果

dispatch_barrier_async.png

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多線程

多線程

常用的多線程

GCD

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安全隱患

性能比較

使用場(chǎng)景

atomic

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