基本概念

線程：一個(gè)應(yīng)用的運(yùn)行是一個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程中可以開(kāi)啟多條線程執(zhí)行不同的任務(wù)；線程是CPU分配和調(diào)度資源的最小單位；多線程并發(fā)其實(shí)是GPU的快速切換調(diào)度處理的假象 / 但并行是充分利用多核在多個(gè)線程上同步進(jìn)行；可以提高CPU利用率和運(yùn)行效率，但是過(guò)多時(shí)會(huì)占用內(nèi)存空間，降低性能。

任務(wù)：狹義上指的閉包內(nèi)的代碼（如GCD的block中），分sync和async。

隊(duì)列：存放待執(zhí)行任務(wù)的等待隊(duì)列，F(xiàn)IFO原則，分串行和并行。

線程同步：加鎖；串行隊(duì)列；NSOperation的最大并發(fā)數(shù)=1；各種Lock；信號(hào)量；CGD的barrierAPI。

多線程的優(yōu)缺點(diǎn)：提升效率，充分利用多核特性；但創(chuàng)建線程需要資源消耗（子線程內(nèi)存占用約512kb）；切換線程需要消耗CPU。

GCD

原理：時(shí)間片的輪換。讓任務(wù)在線程中排隊(duì)，根據(jù)可用資源安排內(nèi)核處理，底層也是用線程實(shí)現(xiàn)，但是自動(dòng)管理線程的聲明周期，不用關(guān)心線程具體的使用情況。

源碼中的隊(duì)列

1個(gè)主線程管理池+1個(gè)其他線程管理池+14個(gè)runloop隊(duì)列。其中12個(gè)可以通過(guò)各種API獲?。篶reate（優(yōu)先級(jí)，overcommit，串行并行）組合獲取。

根據(jù)qos，overcommit的組合，root queue一共12個(gè)。

主線程和主隊(duì)列

主隊(duì)列任務(wù)一定在主線程執(zhí)行，但為了線程切換造成的性能消耗，主線程有空時(shí)可能會(huì)執(zhí)行其他隊(duì)列的任務(wù)（CPU的寄存器）。注：在GCD中我們永遠(yuǎn)無(wú)法直接接觸到線程，而是根據(jù)隊(duì)列和任務(wù)的組合選用，讓系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)線程進(jìn)行管理調(diào)度。

常用API

dispatch_queue_create創(chuàng)建隊(duì)列（SERIAL串行，CONCURRENT并行）

dispatch_get_main_queue()獲取主隊(duì)列

dispatch_get_global_queue全局隊(duì)列（入?yún)os優(yōu)先級(jí)+overcommit是否過(guò)量開(kāi)線程）

dispatch_after延遲把任務(wù)加入某隊(duì)列

dispatch_barrier_async柵欄方法控制（自定義并行隊(duì)列中分割任務(wù)執(zhí)行順序）

dispatch_once創(chuàng)建單例（保證程序中只執(zhí)行一次）

dispatch_semaphore_create / signal / wait創(chuàng)建信號(hào)量（顆粒度更細(xì)的任務(wù)順序控制，即加鎖原理）

注1：overcommit，串行默認(rèn)true表示內(nèi)存不足也得開(kāi)線程完成串行任務(wù)，并行false。

注2：barrier_sync和barrier_async都是等前面的執(zhí)行完再執(zhí)行自己的任務(wù)，再執(zhí)行后面的任務(wù)。區(qū)別就是是否等待自己的任務(wù)執(zhí)行完，再把后面的任務(wù)加入隊(duì)列（但都不會(huì)執(zhí)行）。

dispatch_once

多用于創(chuàng)建單例和方法交換。

單例原理：dispatch_once_t是個(gè)整型，外部初始化標(biāo)記，dispatch_once(&onceToken)在初始化的標(biāo)記下，才會(huì)執(zhí)行Block，執(zhí)行后標(biāo)記掉dispatch_atomic_cmpxchg { block; dispatch_atomic_barrier內(nèi)存屏障，加鎖原子操作賦值onceToken }（所以要傳地址），barrier實(shí)現(xiàn)原子操作保證線程安全，標(biāo)記之后再次進(jìn)入會(huì)調(diào)用_dispatch_hardware_pause以節(jié)省CPU。

注意事項(xiàng)：?jiǎn)卫腷lock調(diào)用期間，多次請(qǐng)求同類(lèi)的dispatch_once會(huì)造成請(qǐng)求鏈表無(wú)限增長(zhǎng)，造成死鎖。

單例的弊端：濫用單例會(huì)浪費(fèi)資源占用內(nèi)存；沒(méi)有抽象層接口，難以擴(kuò)展；職責(zé)過(guò)重未被單一職責(zé)；可能被回收造成狀態(tài)丟失。

死鎖

核心原因：任務(wù)的相互等待，如單例多次調(diào)用，串行隊(duì)列追加同步任務(wù)。

具體原因：首先得是個(gè)同步任務(wù)操作（即sync一個(gè)任務(wù)），然后要sync到一個(gè)當(dāng)前隊(duì)列（別的隊(duì)列肯定不阻塞啦），最后這個(gè)隊(duì)列要串行的（并行的當(dāng)然不阻塞啦），典型的就是主線程sync。

總結(jié)：當(dāng)前隊(duì)列（串行）追加同步任務(wù)（sync）。

注1：由于主隊(duì)列的任務(wù)一定在主線程上執(zhí)行，所以在主線程往主隊(duì)列追加任務(wù)，就是往主線程同步任務(wù)，會(huì)阻塞主線程，造成死鎖。

注2：死鎖其實(shí)是隊(duì)列任務(wù)互相等待引起的，而與線程無(wú)關(guān)。比如自建兩個(gè)隊(duì)列，嵌套sync，雖然是在同一線程執(zhí)行（因?yàn)槭莝ync），但因?yàn)殛?duì)列不同所以不會(huì)造成死鎖。

其他多線程方案

pthread：C語(yǔ)言跨平臺(tái)的多線程API

NSThread：面向?qū)ο蟮妮p量級(jí)多線程方案，手動(dòng)管理生命周期，適合簡(jiǎn)單的場(chǎng)景。

NSOpertaion+NSOperationQueue：對(duì)GCD的封裝，面向?qū)ο?，可設(shè)置跨隊(duì)列的依賴(lài)關(guān)系。

線程同步

為了防止多個(gè)線程搶奪同一個(gè)資源造成的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，給線程加鎖的操作。

原子操作：atomic修飾符-getter、setter加鎖。

OSMemoryBarrier：內(nèi)存屏障確保書(shū)寫(xiě)順序。

Volatile：修飾變量，告訴編譯器變量從內(nèi)存而非寄存器讀取。

其他加鎖：OSSpinLock自旋鎖，pthread_mutex互斥鎖，@synchronize同步鎖，dispatch_semaphore信號(hào)量加鎖。

同步執(zhí)行

GCD：將操作放入自建隊(duì)列（串行）中。

NSOperation：任務(wù)放入自建隊(duì)列并將最大并發(fā)數(shù)設(shè)置為1，設(shè)置跨隊(duì)列依賴(lài)addDependency。

barrier_sync：柵欄方法，并發(fā)隊(duì)列中先執(zhí)行之前的。

semphore：信號(hào)量，收到signal+1，執(zhí)行wait-1，<=0等待。

------舊版------

關(guān)鍵字：多線程原理，線程（偏CPU），隊(duì)列（串行并行），任務(wù)（同步異步），GCD及其源碼分析，@synchronized

概述

一個(gè)應(yīng)用的運(yùn)行是一個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程中可以開(kāi)啟多條線程用于執(zhí)行不同的任務(wù)，提高程序執(zhí)行效率，但線程過(guò)多會(huì)占用大量?jī)?nèi)存空間，降低性能。iOS中一般將UI事件的處理放在主線程里。一些耗時(shí)的操作不應(yīng)放入主線程，應(yīng)新開(kāi)線程異步執(zhí)行。

原理：CPU只能處理一條線程，多線程實(shí)際上是CPU快速在多條線程間不斷切換調(diào)度，而切換調(diào)度的時(shí)間特別快，造成了并發(fā)處理的假象。

隊(duì)列與線程：隊(duì)列是對(duì)線程的包裝，便于使用，偏程序（線程偏CPU）。隊(duì)列的底層也是通過(guò)線程實(shí)現(xiàn)的。

任務(wù)（狹義的閉包含義，非進(jìn)程層級(jí)的廣義任務(wù)）：根據(jù)是否開(kāi)辟新線程，任務(wù)分為同步和異步，區(qū)別為是否阻塞當(dāng)前線程。

iOS中的多線程

pthread

一套C語(yǔ)言編寫(xiě)的通用的跨平臺(tái)的多線程API，iOS中不常用。忽略。

NSThread

面向?qū)ο蟮妮p量級(jí)的多線程方案，更直觀的控制線程對(duì)象，需手動(dòng)管理生命周期，但多適用于比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)景。

創(chuàng)建

1、實(shí)例方法創(chuàng)建（不需要start立刻創(chuàng)建線程）

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(doSomething:) toTarget:self withObject:nil];

2、performSelector創(chuàng)建（swift中取消了performSelector:方法）

[self performSelectorInBackground:@selector(SEL) withObject:nil];

3、類(lèi)方法創(chuàng)建（需手動(dòng)start，可在線程開(kāi)始前配置stack大小和優(yōu)先級(jí)）

NSThread * myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(id)argument];

[myThread start];

屬性和用法

@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;

@property?(readonly,?getter=isFinished)?BOOL?finished;

@property?(readonly,?getter=isCancelled)?BOOL?cancelled;

@property (nullable, copy) NSString *name;

- (void)start;

- (void)cancel;

+ (void)exit;

+ (NSThread *)mainThread;

+ (NSThread *)currentThread;

+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)time;

GCD

蘋(píng)果為多核開(kāi)發(fā)的多線程解決方案，自動(dòng)利用CPU內(nèi)核，自動(dòng)管理線程的生命周期，使用了C語(yǔ)言和Block，更加方便靈活的管理多線程。

隊(duì)列

串行隊(duì)列（連續(xù)性）：FIFO（先進(jìn)先出）串聯(lián)執(zhí)行。包括主隊(duì)列dispatch_get_main_queue和自建隊(duì)列dispatch_queue_create（第一個(gè)參數(shù)表示隊(duì)列名，第二個(gè)參數(shù)表示隊(duì)列類(lèi)型：DISPATCH_QUEUE_SERIAL或NULL創(chuàng)建串行隊(duì)列，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT創(chuàng)建并行隊(duì)列）。

并行隊(duì)列（并發(fā)性）：全局并行隊(duì)列dispatch_get_global_queue（priority指定優(yōu)先級(jí)，flag作為保留參數(shù)備用）。

注：dispatch_queue_create+DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT創(chuàng)建自建并行隊(duì)列是沒(méi)有必要的，所有并發(fā)操作應(yīng)放在全局并行隊(duì)列中以節(jié)省開(kāi)銷(xiāo)。

任務(wù)（即一段代碼）

dispatch_sync：創(chuàng)建同步執(zhí)行任務(wù)，阻塞當(dāng)前線程直到block結(jié)束，在主線程直接調(diào)用會(huì)死鎖：

dispatch_sync(any queue, ^{ // 死鎖 });

在其他串行線程中，創(chuàng)建同步任務(wù)也會(huì)死鎖：

dispatch_sync(create_queue, ^{

? ? ? ? // 當(dāng)前調(diào)用棧向其他隊(duì)列（自建隊(duì)列）提交block是可以執(zhí)行的

? ? ? ? dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{??// 死鎖? });

});

dispatch_async：創(chuàng)建異步執(zhí)行任務(wù)，不阻塞當(dāng)前線程（或者說(shuō)新開(kāi)了線程執(zhí)行任務(wù)）。

參數(shù)：一個(gè)隊(duì)列，一個(gè)block，block會(huì)在指定的隊(duì)列里按照其串行或并行屬性執(zhí)行。

用法和實(shí)例

1、不阻塞當(dāng)前線程的情況下，在主隊(duì)列中強(qiáng)行插入串行任務(wù)

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ });

注：如sdwebimage下載圖片時(shí)，processblock回調(diào)中的UI更新操作應(yīng)插入主線程，否則不能實(shí)時(shí)更新UI。

2、不阻塞當(dāng)前線程的情況下，在全局隊(duì)列中加入并行任務(wù)

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ });

3、異步在自定義隊(duì)列中插入串行任務(wù)

dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create(“test.myQueue", NULL);

dispatch_async(urls_queue, ^{ });

dispatch_release(urls_queue); //釋放隊(duì)列（提前結(jié)束線程）

4、隊(duì)列組

dispatch_group_t?group?=?dispatch_group_create(); ?//創(chuàng)建隊(duì)列組

dispatch_queue_t?queue?=?dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,?0); ?//全局并行隊(duì)列

dispatch_group_async(group,?queue,?^{ ?//任務(wù)一 ?});

dispatch_group_async(group,?dispatch_get_main_queue(),?^{ ?//任務(wù)二 ?});

dispatch_group_enter(group); //標(biāo)志隊(duì)列組內(nèi)的異步任務(wù)開(kāi)始，類(lèi)似引用計(jì)數(shù)+1

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

? ? ? //任務(wù)三（任務(wù)中可嵌套處理異步操作，即處理異步任務(wù)的同步）

? ? ?sleep(5); ?//異步操作

? ? ?dispatch_group_leave(group); ?//標(biāo)志異步任務(wù)結(jié)束，一般寫(xiě)在異步操作完成的block內(nèi)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列組內(nèi)任務(wù)完成的統(tǒng)一通知

});

dispatch_group_notify(group,?dispatch_get_main_queue(),?^{ ? //當(dāng)group組中的任務(wù)都完成后，會(huì)自動(dòng)通知 ? });

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

? ? dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 5 * NSEC_PER_SEC));? //監(jiān)聽(tīng)group隊(duì)列組中的全部任務(wù)并設(shè)置超時(shí)時(shí)間

? ? //此處執(zhí)行和dispatch_group_notify的block參數(shù)中一樣的內(nèi)容

});

注：上述三個(gè)任務(wù)（全局隊(duì)列+主隊(duì)列+全局隊(duì)列中的異步任務(wù)）執(zhí)行順序嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)是完全并行無(wú)順序的，但實(shí)際會(huì)按照三個(gè)任務(wù)的執(zhí)行順序打印，任務(wù)內(nèi)的每行代碼才會(huì)穿插并行。

5、其他用法

//生命周期內(nèi)的一次性執(zhí)行（單例模式）

static dispatch_once_t onceToken;

dispatch_once(&onceToken, ^{ ?});

//延遲執(zhí)行

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 2.0 * NSEC_PER_SEC), dispatch_get_main_queue(), ^(void){ ?});

GCD源碼分析

15+1個(gè)隊(duì)列

4-15這12個(gè)隊(duì)列可以用GCD的各種方法獲取，1是main-thread主線程管理池

dispatch_queue_create

執(zhí)行_dispatch_lane_create_with_target(const char* label, dispatch_queue_attr_t? dqa, dispatch_queue_t tq, bool legacy) 方法，步驟如下：

1、_dispatch_queue_attr_to_info：解析attr生成dqai（如果是串行隊(duì)列直接返回{}），并賦值qos（優(yōu)先級(jí)）、overcommit（沒(méi)有空余線程時(shí)是否開(kāi)新的，串行默認(rèn)true）、concurrent（區(qū)分并行和串行）等。

2、_dispatch_root_queues：創(chuàng)建target隊(duì)列——根據(jù)qos和overcommit，從root中拿一個(gè)（由于qos*6和overcommit的組合，root queue一共有12個(gè)）

3、_dispatch_object_alloc，_dispatch_queue_init：創(chuàng)建隊(duì)列，legacy釋放相關(guān)，根據(jù)dqai中的concurrent設(shè)置DISPATCH_VTABLE類(lèi)對(duì)象，調(diào)用_dispatch_object_alloc(vtable，sizeof(struct?dispatch_lane_s))申請(qǐng)隊(duì)列的內(nèi)存空間，_dispatch_queue_init初始化queue設(shè)置最大并發(fā)數(shù)和激活狀態(tài)。

_dispatch_queue_init的三個(gè)參數(shù)：_dispatch_object_alloc生成的dispatch_lane_t、legacy轉(zhuǎn)來(lái)的dispatch_queue_flags_t、串行并行決定的的width最大線程數(shù)、dqai.dqai_inactive決定initial_state_bits激活狀態(tài)。

4、dq -> dq_label，dq -> dq_priority，_dispatch_retain，dq->do_targetq，設(shè)置各種屬性

5、return _dispatch_trace_queue_create(dq)._dq; 返回最終創(chuàng)建的隊(duì)列。

dispatch_get_main_queue

return?DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_main_t,_dispatch_main_q);

dispatch_queue_main_t：主隊(duì)列類(lèi)型，define了

1、_dispatch_get_default_queue(overcommit)為true

2、root queue為_(kāi)dispatch_root_queues[DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_QOS + \ !!(overcommit)]._as_dq。（由此可知是_dispatch_root_queues中的第7個(gè)，和串行隊(duì)列一致）

_dispatch_main_q：初始化dispatch_queue_static_s結(jié)構(gòu)體，并賦值state、label、atomic_flags、serialnum等。

dispatch_get_global_queue

return _dispatch_get_root_queue(qos, flags & DISPATCH_QUEUE_OVERCOMMIT);

獲取方式和結(jié)構(gòu)與主隊(duì)列略有區(qū)別，但最終也是去root queue中獲取，根據(jù)qos和overcommit = 0拿到第6個(gè)queue。

create自建隊(duì)列 和 main/global queue 獲取方式的區(qū)別

create需要自己alloc和init，最后從root queue里拿一個(gè)系統(tǒng)queue作為target queue。

main和global是根據(jù)qos和overcommit直接拿出對(duì)應(yīng)的queue。

NSOperation和NSOperationQueue

對(duì)GCD的封裝，完全面向?qū)ο?。NSOperation對(duì)應(yīng)GCD的任務(wù)；NSOperationQueue對(duì)應(yīng)GCD的隊(duì)列。將任務(wù)添加到隊(duì)列中，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行。

NSOperation

內(nèi)部任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)機(jī)：ready→executing→finished/cancelled。

NSOperation是個(gè)抽象類(lèi)不能直接使用，一般使用它的子類(lèi)NSBlockOperation（用block傳遞任務(wù)）和NSInvocationOperation（用@selector傳遞任務(wù)）。

NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ ?}];

NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];

[operation start]; //默認(rèn)asynchronous = NO，阻塞當(dāng)前線程

NSBlockOperation有個(gè)addExecutionBlock的方法，可以給一個(gè)任務(wù)添加多個(gè)block且在多個(gè)線程中并發(fā)執(zhí)行，add一定要在start前。

注：當(dāng)我們?cè)?b>自定義operation中構(gòu)建異步任務(wù)時(shí)（自定義同步任務(wù)無(wú)意義因?yàn)榭梢灾苯佑盟膬蓚€(gè)子類(lèi)），應(yīng)重寫(xiě)asynchronous屬性（默認(rèn)是NO時(shí)任務(wù)執(zhí)行完operation狀態(tài)自動(dòng)變成finished）的getter返回YES，在異步任務(wù)完成的block中手動(dòng)設(shè)置finished狀態(tài)（此操作涉及KVO的手動(dòng)觸發(fā)）。重寫(xiě)main方法時(shí)一定要加入@autoreleasepool自動(dòng)釋放池，因?yàn)闊o(wú)法訪問(wèn)主線程的自動(dòng)釋放池。如果要完全控制狀態(tài)機(jī)，也要重寫(xiě)start方法判斷或者手動(dòng)觸發(fā)任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)的KVO（cancelled，executing等）。同GCD中的dispatch_group_enter/leave。

注2：NSInvocation用于主動(dòng)調(diào)用對(duì)象的方法，處理performSelector無(wú)法處理的多參數(shù)或有返回值的方法調(diào)用。

注3：addDependency可以添加依賴(lài)讓NSOperation在隊(duì)列中按順序串行，相互依賴(lài)會(huì)死鎖。

NSOperationQueue

NSOperation的直接執(zhí)行還是會(huì)占用當(dāng)前線程，所以應(yīng)把任務(wù)加到隊(duì)列中，添加完成后，任務(wù)會(huì)自動(dòng)start，并根據(jù)NSOperationQueue的maxConcurrentOperationCount屬性決定并行數(shù)（= 1時(shí)即為串行），并根據(jù)waitUntilFinished決定是否阻塞當(dāng)前線程（同步異步）。

NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue]; ?//創(chuàng)建主隊(duì)列

NSOperationQueue *otherQueue = [[NSOperationQueue alloc] init]; ?//創(chuàng)建其他隊(duì)列

[mainQueue addOperation:operation]; //傳入NSOperation任務(wù)對(duì)象

[otherQueue addOperationWithBlock:^{ ?//傳入任務(wù)block }];

[operation2 addDependency:operation1]; //設(shè)置依賴(lài)，按順序執(zhí)行任務(wù)

[otherQueue addOperations:@[operation1, operation2] waitUntilFinished:NO]; ?//不阻塞當(dāng)前線程

注：主隊(duì)列是在主線程中執(zhí)行的，所以默認(rèn)最大并發(fā)數(shù)就是1，且設(shè)置無(wú)效。

注2：監(jiān)聽(tīng)隊(duì)列的完成需要手動(dòng)添加KVO監(jiān)聽(tīng)operationCount。

其他方法和屬性

@property (getter=isSuspended) BOOL suspended; ?//暫停和繼續(xù)隊(duì)列

- (void)cancelAllOperations; ?//取消隊(duì)列所有任務(wù)

- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished; ?//阻塞線程直至隊(duì)列任務(wù)全部完成