iOS 多線程

1.線程與進程

1.1 線程的定義

1. 線程是進程的基本執(zhí)行單元，一個進程的所有任務大偶在線程中執(zhí)行
2. 進程要想執(zhí)行任務，必須得有線程，進程至少要有一條線程
3. 程序啟動會默認開啟一條線程，這條線程被稱為主線程或UI線程

1.2進程

1. 進程是系統(tǒng)進行資源和調度的基本單位
2. 在移動端進程是指在系統(tǒng)中正在運行的一個應用程序（注：iOS是單進程，Android可以實現(xiàn)多進程）
3. 每個進程之間是獨立的，每個進程均運行在其專用的切受保護的內存

1.3進程與線程的關系

1. 地址空間：統(tǒng)一進程的線程共享本進程的地址空間，而進程之間則是獨立的地址空間。
2. 資源擁有：同一進程內的線程共享本進程的資源內存、I/O、CPU等，但是進程之間的資源是獨立的。
3. 相互影響：一個進程崩潰后，在保護模式下不會對其他進程產生影響，但是一個線程崩潰后整個進程就死掉了，所以多進程要比多線程健壯
4. 資源占用：進程切換時資源消耗大，效率高。所以涉及到頻繁的切換時，使用線程要好于進程。同樣如果要求同時進行并且又要共享某些變量的并發(fā)操作，只能用線程，不能用進程。
5. 執(zhí)行過程：每個獨立的進程有一個程序的入口、順序執(zhí)行序列和程序入口。但是線程不能獨立執(zhí)行，必須存在應用程序中（進程），有應用程序提供多個線程執(zhí)行控制（多線程開發(fā)）。
6. 線程是處理器調度的基本單位，但進程不是，線程也是進程執(zhí)行的基本單位

1.4線程與隊列的關系

多線程中的隊列有：串行隊列，并發(fā)隊列，全局隊列，主隊列。
隊可以理解為一種數(shù)據結構，以某種方式，等待線程去執(zhí)行。

1.5 iOS線程與Runloop的關系

1. 線程與Runloop是一一對應的，一個Runloop對應一個核心線程，為什么說是核心線程，因為Runloop是可以嵌套的，但是核心只有一個，他們的對應關系保存在一個全局字典里
2. Runloop是用來管理線程的，線程執(zhí)行完任務時會進入休眠狀態(tài)，有任務進來時會被喚醒，開始執(zhí)行任務。所以說Runloop是事件驅動的。
3. Runloop在第一次獲取時被創(chuàng)建，線程結束時被銷毀。主線程的Runloop在程序啟動的時候就會被創(chuàng)建。
4. 子線程的Runloop是懶加載的，只有在使用的時候才被創(chuàng)建。
   注：在子線程使用NSTimer時要注意確保子線程的Runloop已經創(chuàng)建，否則NSTimer不會生效。

2.多線程

2.1 多線程的定義

多線程是一個進程中并發(fā)多個線程同時執(zhí)行各自的任務。就是由單核CPU通過時間片不斷的切換執(zhí)行程序。

分時操作系統(tǒng)會把CPU的時間劃分為長短基本相同的時間區(qū)間（時間片），在一個時間片內，CPU只能處理一個線程中的一個任務，對于一個單核CPU來說，在不同的時間片來執(zhí)行不同線程中的任務，就形成了多個任務在同時執(zhí)行的“假象”。

2.2多線程的優(yōu)缺點

1.優(yōu)點
    *減少應用程序的堵塞，增加程序的執(zhí)行效率
    *適當提高CPU和內存的利用率
    *線程上的任務執(zhí)行完成后，線程自動銷毀（部分API可實現(xiàn)）
3.缺點
    *線程的開啟需要占用一定的內存空間，默認是512KB/線程
    *線程開啟的越多內存占用越大，會降低程序的性能
    *線程越多CPU在調用線程上的開銷就越大
    *程序設計更加復雜，需要考慮線程間通信，多線程的數(shù)據共享等問題

2.3 多線程的生命周期

線程的生命周期.jpg

可能造成阻塞的條件：
鎖(lock),循環(huán)引用，sleep()函數(shù)，循環(huán)執(zhí)行

2.4 可調度線程池

什么是線程池：

提供一組線程資源用來復用線程資源的一個池子

線程池中常用參數(shù)釋義：

• corePoolSize 線程池的基本大?。ê诵木€程池大?。?/li>
• maximumPool 線程池最大大小
• keepAliveTime 線程池中超過corePoolSize數(shù)目的空閑線程的最大存活時間
• unit keepAliveTime參數(shù)的時間單位
• workQueue 任務阻塞隊列
• threadFactory 新建線程的工廠
• handler 當提交任務數(shù)超過maximumPoolSize與workQueue之和時，任務會交給RejectedExecutionHandler來處理

線程池調度原理：

線程池調度原理.jpg

1. AboutPolicy 直接拋出RejectedExecutionExeception異常，阻止系統(tǒng)的正常運行
2. CallerRunsPolicy 將任務回退到調用者
3. DisOldestPolicy 丟掉等待最久的任務
4. DisCardPolicy 直接丟棄任務

注： 以上四種拒絕策略均實現(xiàn)的RejectedExencutionHandler

注：iOS開發(fā)中不會直接接觸到線程池，這是因為GCD已經包含了線程池的管理，我們常用的就是GCD（NSOperation底層也是GCD），所以只需要通過GCD獲取線程來執(zhí)行任務即可。

繼續(xù)探索多線程更底層的知識可以嘗試搜索Java Posix

2.6 iOS的幾種多線程技術方案

iOS多線程API.jpg

1. pthread：即POSIX Thread，是線程的POSIX標準，是一套通用的多線程API，可以在Unix/Linux/Windows等平臺跨平臺使用。iOS中基本不使用。
2. NSThread：蘋果封裝的面向對象的線程類，可以直接操作線程，比起GCD，NSThread效率更高，由程序員自行創(chuàng)建，當線程中的任務執(zhí)行完畢后，線程會自動退出，程序員也可手動管理線程的生命周期。使用頻率較低。
3. GCD：全稱Grand Central Dispatch，由C語言實現(xiàn)，是蘋果為多核的并行運算提出的解決方案，GCD會自動利用更多的CPU內核，自動管理線程的聲明周期，程序員只需要告訴GCD需要執(zhí)行的任務，無需編寫任何管理線程的代碼。GCD也是iOS使用頻率最高的多線程技術。
4. NSOperation：基于GCD封裝的面向對象的多線程類，相較于GCD提供了很多方便的API，使用頻率較高。

3. 線程間的通訊

3.1 幾種線程間的通訊方式

通過上面的介紹我們對線程有了基本的了解，那么線程之間是如何通訊的呢？其實我們都知道的就是在子線程獲取數(shù)據，然后切換到主線程進行刷新UI，其實這只是表象，并不是真正的線程通訊方式，如果在面試中這樣回答基本就是回家等消息了。那么線程之間倒地是如何通訊的呢？在蘋果官方文檔中給我們列出了線程間通訊的幾種方式：

線程間通訊的幾種方式.jpg

線程之間有許多通信方式，每種方式都有其優(yōu)缺點。配置線程本地存儲列出了您可以在OS x中使用的最常見的通信機制(除了消息隊列和Cocoa分布式對象，這些技術在iOS中也可用)。這個表中的技術是按照復雜度遞增的順序列出的。其中后兩種只能在OS X中使用。

• Direct messaging：這個就是我們常用的selector系列，例如-performSelector:。
• Global variables, shared memory, and objects： 直接通過全局變量、共享內存等方式，但這種方式會造成資源搶奪，涉及到線程安全問題。
• Conditions：條件鎖，一種特殊的鎖，我們可以使用它來控制線程何時執(zhí)行特定部分的代碼。
• Run loop sources： 自定義Runloop來設置用于在線程上接收應用程序特定消息的循環(huán)源，因為它們是事件驅動的，所以運行循環(huán)源會在無事可做時將線程自動休眠，從而提高線程的效率。
• Ports and sockets： 通過端口和套接字來實現(xiàn)線程間通訊。

4. iOS中使用線程間通訊示例（使用NSPort）

此處的例子是通過一個PortPerson對象跟ViewController進行發(fā)消息的實例。

代碼中首先將VC的self.myPort添加到主線程的Runloop中，然后起新線程讓Person像VC發(fā)送消息，VC在收到消息后也像Person發(fā)送一條消息，在此過程中并沒有切換線程的代碼，通過打印線程可以看到VC的操作是在主線程中完成的，Person是在子線程（7）中完成的，通過這些代碼就完成了線程間的通訊。

PortPerson 代碼：

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface PortPerson : NSObject
- (void)personLaunchThreadWithPort:(NSPort *)port;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "PortPerson.h"

@interface PortPerson()<NSMachPortDelegate>

@property (nonatomic, strong) NSPort *vcPort;
@property (nonatomic, strong) NSPort *myPort;

@end

@implementation PortPerson

- (void)personLaunchThreadWithPort:(NSPort *)port {
    
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"Person Thread %@", [NSThread currentThread]);
        //1. 保存主線程傳入的port
        self.vcPort = port;
        //2. 設置子線程名字
        [[NSThread currentThread] setName:@"PortPersonThread"];
        //3. 開啟runloop
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        //4. 創(chuàng)建自己port
        self.myPort = [NSMachPort port];
        //5. 設置port的代理回調對象
        self.myPort.delegate = self;
        //6. 完成向主線程port發(fā)送消息
        [self sendPortMessage];
    }
    
}

- (void)sendPortMessage {
 
    NSData *data1 = [@"這是一條port信息" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
//    NSData *data2 = [@"data2" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

    NSMutableArray *array  =[[NSMutableArray alloc]initWithArray:@[data1,self.myPort]];
    // 發(fā)送消息到VC的主線程
    // 第一個參數(shù)：發(fā)送時間。
    // msgid 消息標識。
    // components，發(fā)送消息附帶參數(shù)。
    // reserved：為頭部預留的字節(jié)數(shù)
    [self.vcPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                          msgid:10086
                     components:array
                           from:self.myPort
                       reserved:0];
}

#pragma mark - NSMachPortDelegate

- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message{
    
    NSLog(@"person:handlePortMessage  == %@",[NSThread currentThread]);


    NSLog(@"從VC 傳過來一些信息:");
    NSLog(@"components == %@",[(id)message valueForKey:@"components"]);
    NSLog(@"receivePort == %@",[(id)message valueForKey:@"receivePort"]);
    NSLog(@"sendPort == %@",[(id)message valueForKey:@"sendPort"]);
    NSLog(@"msgid == %@",[(id)message valueForKey:@"msgid"]);
}

@end

PortViewController 代碼：

#import "PortViewController.h"
#import <objc/runtime.h>
#import "PortPerson.h"

@interface PortViewController ()<NSMachPortDelegate>

@property (nonatomic, strong) NSPort *myPort;
@property (nonatomic, strong) PortPerson *person;

@end

@implementation PortViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
    // 創(chuàng)建主線程的port，子線程通過此端口發(fā)送消息給主線程
    self.myPort = [NSMachPort port];
    // 設置port的代理回調對象
    self.myPort.delegate = self;
    // 把port加入runloop，接收port消息
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:self.myPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    self.person = [[PortPerson alloc] init];
    
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(personLaunchThreadWithPort:)
                             toTarget:self.person
                           withObject:self.myPort];
}

- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message {
    
    NSLog(@"VC Thread --- %@", [NSThread currentThread]);
    
    NSLog(@"從 person 傳過來一些信息");
    
    NSArray *messageArr = [(id)message valueForKey:@"components"];
    
    NSString * dataStr = [[NSString alloc] initWithData:messageArr.firstObject encoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    NSLog(@"通過port傳過來一些信息：%@", dataStr);

    NSPort *destinPort = [(id)message valueForKey:@"remotePort"];
    
    if(!destinPort || ![destinPort isKindOfClass:[NSPort class]]){
        NSLog(@"傳過來的數(shù)據有誤");
        return;
    }
    
    NSData *data = [@"VC收到!!!" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    NSMutableArray *array  =[[NSMutableArray alloc]initWithArray:@[data,self.myPort]];
    
    // 非常重要,如果你想在Person的port接收信息，必須加入到當前主線程的runloop
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:destinPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    NSLog(@"VC == %@",[NSThread currentThread]);
    
    BOOL success = [destinPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                                        msgid:10010
                                   components:array
                                         from:self.myPort
                                     reserved:0];
    NSLog(@"%d",success);
}

@end

打印結果：

打印結果.jpg

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