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章前回顧

上章我們了解了鎖的一些知識(shí)，線程安全需要鎖的協(xié)助。這章我們探索一下多線程原理篇；

初識(shí)

周知，了解多線程首先需要捋一下線程、進(jìn)程、同步、異步、串行、并行、死鎖等概念與關(guān)系。

多線程原理

? 線程：1、進(jìn)程的基本執(zhí)行單元，一個(gè)進(jìn)程的所有任務(wù)必須需要在線程中執(zhí)行；2、進(jìn)程中至少需要一條線程；3、程序啟動(dòng)默認(rèn)創(chuàng)建一條線程，創(chuàng)建的線程為主線程（UI線程）;

進(jìn)程：1、每個(gè)進(jìn)程是獨(dú)立的，擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間；2、進(jìn)程是指在系統(tǒng)正在運(yùn)行的一個(gè)程序；

	線程	進(jìn)程	對(duì)比
地址空間	一個(gè)進(jìn)程內(nèi)線程地址共享	每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)獨(dú)立內(nèi)存地址	各有優(yōu)勢(shì)
創(chuàng)建、銷(xiāo)毀、切換	切換簡(jiǎn)單，速度快	切換復(fù)雜，速度慢	線程占優(yōu)
可靠性	一個(gè)線程掛掉會(huì)導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程掛	每個(gè)進(jìn)程都是獨(dú)立的，互不影響	進(jìn)程健壯
效率	占用內(nèi)存小，切換簡(jiǎn)單，CPU利用率高	占用內(nèi)存空間較大，切換復(fù)雜，CPU利用率低	線程占優(yōu)
分布	適用于多核分布式	適用多核、多機(jī)分布	進(jìn)程占優(yōu)

進(jìn)程與線程的關(guān)系：

? 可以把iOS系統(tǒng)看做一個(gè)商場(chǎng),進(jìn)程(APP)則是商場(chǎng)中的店鋪,線程就是類(lèi)似店鋪雇傭的員工。

進(jìn)程之間相互獨(dú)立（奶茶店、果汁店）：

? ·奶茶店看不了果汁店的賬目（訪問(wèn)不了別的進(jìn)程的內(nèi)存）

? ·果汁店用不了奶茶店的波霸（進(jìn)程間的資源是相互獨(dú)立的）

進(jìn)程至少要一條線程：

? ·店鋪里至少需要一名員工（進(jìn)程至少有一個(gè)線程）

? ·店鋪早上開(kāi)店的員工（進(jìn)程中的主線程）

進(jìn)程/線程崩潰

? ·奶茶店倒閉了，并不影響果汁店?duì)I業(yè)（進(jìn)程崩潰不會(huì)對(duì)其他進(jìn)程有影響）

? ·奶茶店的收銀員不干了導(dǎo)致店鋪無(wú)法正常營(yíng)業(yè)（線程崩潰進(jìn)而影響進(jìn)程癱瘓）

同步：在當(dāng)前線程中執(zhí)行任務(wù)，不具備創(chuàng)新新線程能力；

異步：在新線程中執(zhí)行任務(wù)，能夠開(kāi)啟新線程；

串行：一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢執(zhí)行下個(gè)任務(wù)，按順序執(zhí)行；

并行：多個(gè)任務(wù)同時(shí)（并發(fā)）執(zhí)行；

主隊(duì)列：特殊的串行隊(duì)列，在主線程執(zhí)行；

同步函數(shù)：不會(huì)創(chuàng)建新線程，當(dāng)前線程執(zhí)行，執(zhí)行完畢后才能繼續(xù)往下執(zhí)行任務(wù)，其中一條任務(wù)沒(méi)執(zhí)行完成，會(huì)卡住改函數(shù)，不會(huì)往下執(zhí)行；

異步函數(shù)：創(chuàng)建新線程，不要求當(dāng)前線程執(zhí)行完成，會(huì)等上個(gè)任務(wù)執(zhí)行完后再執(zhí)行；

串行隊(duì)列：任務(wù)按順序執(zhí)行，一個(gè)任務(wù)一個(gè)任務(wù)執(zhí)行；

并行隊(duì)列：多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，異步函數(shù)下有效，開(kāi)啟多個(gè)線程；

	串行隊(duì)列	并行隊(duì)列	主隊(duì)列
同步（sync）	·沒(méi)有開(kāi)啟新線程；·串行執(zhí)行任務(wù)（卡住當(dāng)前隊(duì)列）	·沒(méi)有開(kāi)啟新線程；·串行執(zhí)行任務(wù)（有序）	·沒(méi)有開(kāi)啟新線程；·串行執(zhí)行任務(wù)（死鎖）
異步（async）	·有開(kāi)啟新線程；·串行執(zhí)行任務(wù)(無(wú)序)	·有開(kāi)啟新線程；·并發(fā)執(zhí)行任務(wù)(無(wú)序)	·有開(kāi)啟新線程；·串行執(zhí)行任務(wù)(無(wú)序)

死鎖：

具有隊(duì)列的特點(diǎn)，F(xiàn)IFO；

產(chǎn)生死鎖的情況以及解決方案：

主隊(duì)列同步函數(shù)，會(huì)產(chǎn)生死鎖；解決方案：主隊(duì)列（mainQueue）異步，實(shí)現(xiàn)串行執(zhí)行
串行隊(duì)列使用同步函數(shù)，會(huì)產(chǎn)生死鎖，即使用async函數(shù)往串行隊(duì)列中添加任務(wù)；解決方案：需要按順序執(zhí)行：并行隊(duì)列加入同步函數(shù)執(zhí)行/串行隊(duì)列異步執(zhí)行；需要并發(fā)執(zhí)行：并行隊(duì)列中加入異步函數(shù)執(zhí)行

柵欄函數(shù)：

? 特點(diǎn)：控制任務(wù)的執(zhí)行順序。(柵欄函數(shù)之前的執(zhí)行完畢之后，執(zhí)行柵欄函數(shù)，然后在執(zhí)行柵欄函數(shù)之后的)

? 在并行隊(duì)列實(shí)現(xiàn)異步函數(shù)里，順序是不固定的，加入柵欄函數(shù)可以使其按順序執(zhí)行，或者在串行隊(duì)列異步函數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)控制執(zhí)行順序

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.xx.def", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
    for (NSInteger i =0; i < 3; i++) {
        NSLog(@"%ld TestLine1 %@",i,[NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_async(queue, ^{
    for (NSInteger i =0; i < 3; i++) {
        NSLog(@"%ld TestLine2 %@",i,[NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_barrier_async(queue, ^{
    NSLog(@"這是個(gè)柵欄函數(shù)");
});

dispatch_async(queue, ^{
    for (NSInteger i =0; i < 3; i++) {
        NSLog(@"%ld TestLine3 %@",i,[NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_async(queue, ^{
    for (NSInteger i =0; i < 3; i++) {
        NSLog(@"%ld TestLine4 %@",i,[NSThread currentThread]);
    }
});
結(jié)果：
2020-04-05 00:20:27.690434+0800 Test-OC[31185:1550291] 0 TestLine2 <NSThread: 0x6000005e3a00>{number = 4, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.690482+0800 Test-OC[31185:1550290] 0 TestLine1 <NSThread: 0x6000005f2340>{number = 3, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.690693+0800 Test-OC[31185:1550290] 1 TestLine1 <NSThread: 0x6000005f2340>{number = 3, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.690696+0800 Test-OC[31185:1550291] 1 TestLine2 <NSThread: 0x6000005e3a00>{number = 4, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.690827+0800 Test-OC[31185:1550290] 2 TestLine1 <NSThread: 0x6000005f2340>{number = 3, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.690936+0800 Test-OC[31185:1550291] 2 TestLine2 <NSThread: 0x6000005e3a00>{number = 4, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.691053+0800 Test-OC[31185:1550291] 這是個(gè)柵欄函數(shù)
2020-04-05 00:20:27.691229+0800 Test-OC[31185:1550291] 0 TestLine3 <NSThread: 0x6000005e3a00>{number = 4, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.691950+0800 Test-OC[31185:1550290] 0 TestLine4 <NSThread: 0x6000005f2340>{number = 3, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.692283+0800 Test-OC[31185:1550291] 1 TestLine3 <NSThread: 0x6000005e3a00>{number = 4, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.692670+0800 Test-OC[31185:1550290] 1 TestLine4 <NSThread: 0x6000005f2340>{number = 3, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.692802+0800 Test-OC[31185:1550291] 2 TestLine3 <NSThread: 0x6000005e3a00>{number = 4, name = (null)}
2020-04-05 00:20:27.692989+0800 Test-OC[31185:1550290] 2 TestLine4 <NSThread: 0x6000005f2340>{number = 3, name = (null)}

dispatch_group_notify

? 應(yīng)用類(lèi)似場(chǎng)景：用戶下載一個(gè)圖片，圖片很大，需要分成很多份進(jìn)行下載，使用GCD應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)？使用什么隊(duì)列？下載完后統(tǒng)一刷新UI

使用Dispatch Group追加Block到Gobal Group Queue，最后使用group_notify監(jiān)聽(tīng)執(zhí)行完所有g(shù)roup block后執(zhí)行notify 放入主線程的block；

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, queue, ^{ /*加載圖片1 */ });
dispatch_group_async(group, queue, ^{ /*加載圖片2 */ });
dispatch_group_async(group, queue, ^{ /*加載圖片3 */ }); 
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{// 合并圖片 });

多線程的實(shí)現(xiàn)（技術(shù)方案）

更多詳細(xì)使用可以參考：多線程詳解

pthread

優(yōu)點(diǎn)：

· C語(yǔ)言，適用Unix/Linux/Windows等系統(tǒng)

·可跨平臺(tái)，可移植性，輕量級(jí)

缺點(diǎn)：

·需要手動(dòng)管理生命周期

·api較為復(fù)雜，適用難度較大
NSThread

優(yōu)點(diǎn)：

· 使用面向?qū)ο蠡?/p>
·易用，可直接操作線程對(duì)象

缺點(diǎn)：

·需要手動(dòng)管理生命周期
GCD

優(yōu)點(diǎn)：

· 基于C語(yǔ)言，自動(dòng)管理線程生命周期

·多核并行運(yùn)算的解決方案

·使用簡(jiǎn)易，性能優(yōu)異，經(jīng)常使用

缺點(diǎn)：

·在并發(fā)隊(duì)列中，順序控制相對(duì)復(fù)雜。
NSOperation

優(yōu)點(diǎn)：

· 基于GCD面向?qū)ο蟮腛C封裝，更加面向?qū)ο蠡?，自?dòng)管理線程生命周期

·可以添加線程依賴(lài)，控制線程總數(shù)，最大并發(fā)數(shù)

·監(jiān)聽(tīng)線程完成情況

·NSOPeration是一個(gè)抽象的基類(lèi)，表示一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算單元?？梢詾樽宇?lèi)提供更有效且線程安全的建立狀態(tài)，優(yōu)先級(jí)，線程總數(shù)，依賴(lài)關(guān)系和取消等操作

缺點(diǎn)：

·使用面向?qū)ο?，?chuàng)建使用起來(lái)相對(duì)GCD更加復(fù)雜些，在不考慮線程控制，依賴(lài)關(guān)系下優(yōu)先選擇GCD；

多線程的生命周期

? 線程的生命周期分為5部分：新建，準(zhǔn)備就緒，運(yùn)行（執(zhí)行），阻塞，銷(xiāo)毀

? 生命周期流程圖：

[圖片上傳中...(線程生命周期聯(lián)想圖.png-fa417b-1600399385620-0)]

新建：實(shí)例化新線程
準(zhǔn)備就緒：向線程對(duì)象發(fā)送start消息，將線程對(duì)象加入線程池可調(diào)度狀態(tài)，等待CUP調(diào)度
運(yùn)行（執(zhí)行）：CUP在可調(diào)度線程池中執(zhí)行線程任務(wù)；當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行完畢，CUP會(huì)進(jìn)入一個(gè)就緒狀態(tài)，即進(jìn)入短暫的等待期，在此期間如果有新任務(wù)需要執(zhí)行，則執(zhí)行新任務(wù)，否則該線程會(huì)銷(xiāo)毀。等有下個(gè)任務(wù)執(zhí)行，會(huì)開(kāi)啟新的線程執(zhí)行。
阻塞：當(dāng)滿足某個(gè)預(yù)定條件時(shí)，可以使用鎖或者休眠，來(lái)阻塞線程執(zhí)行；sleepForTimeInterval（休眠指定時(shí)長(zhǎng)）sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(object)（互斥鎖）。
銷(xiāo)毀：正常銷(xiāo)毀：線程執(zhí)行完畢。非正常銷(xiāo)毀：滿足某個(gè)條件，線程內(nèi)部終止執(zhí)行或者主線程終止線程對(duì)象；

線程生命周期聯(lián)系思維導(dǎo)圖：

線程生命周期聯(lián)想圖.png

標(biāo)注：圖片等資源參考自多線程原理

線程池實(shí)現(xiàn)的原理

線程池工作原理流程圖：

線程池工作原理流程圖.png

線程與RunLoop關(guān)系

runLoop和線程是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，一個(gè)runLoop對(duì)應(yīng)一個(gè)核心線程。核心：runLoop可以嵌套多個(gè)多個(gè)線程，但是核心只有一個(gè)。關(guān)系保存在全局字典中。
在主線程中，在程序啟動(dòng)時(shí)，runLoop就默認(rèn)創(chuàng)建了。
在子線程中，runLoop是懶加載狀態(tài)，只有使用時(shí)才會(huì)創(chuàng)建；子線程中使用定時(shí)器需注意：確保子線程runLoop的創(chuàng)建，不然定時(shí)器不會(huì)開(kāi)啟；
runLoop是用來(lái)管理線程的，當(dāng)線程的runLoop被開(kāi)啟，線程在執(zhí)行完畢后會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待新任務(wù)執(zhí)行才會(huì)被喚醒
runLoop在主線程被開(kāi)啟時(shí)創(chuàng)建，線程結(jié)束時(shí)被銷(xiāo)毀。

線程安全介紹看官們可以移位：iOS多線程安全-鎖

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iOS底層原理 - 多線程原理

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章前回顧

初識(shí)

多線程原理

多線程的實(shí)現(xiàn)（技術(shù)方案）

多線程的生命周期

線程池實(shí)現(xiàn)的原理

線程與RunLoop關(guān)系

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