多線程介紹

線程和進程

線程和進程的定義

線程：

• 線程是進程的基本執行單元，一個進程的全部任務都在線程中執行
• 進程要想執行任務，必須得有線程，進程至少要有一條線程
• 程序啓動會默認開啓一條線程，這條線程被稱爲主線程或 UI 線程

進程：

• 進程是指在系統中正在運行的一個應用程序
• 每一個進程之間是獨立的，每一個進程均運行在其專用的且受保護的內存空間內
• 經過「活動監視器」能夠查看 Mac 系統中所開啓的進程

進程與線程的關係

地址空間:同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。 資源擁有:同一進程內的線程共享本進程的資源如內存、I/O、cpu等，可是進程之間的 資源是獨立的。

1. 一個進程崩潰後，在保護模式下不會對其餘進程產生影響，可是一個線程崩潰整個進程都死掉。因此多進程要比多線程健壯。
2. 進程切換時，消耗的資源大，效率高。因此涉及到頻繁的切換時，使用線程要好於進程。一樣若是要求同時進行而且又要共享某些變量的併發操做，只能用線程不能用進程
3. 執行過程:每一個獨立的進程有一個程序運行的入口、順序執行序列和程序入口。可是 線程不能獨立執行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執行控制。
4. 線程是處理器調度的基本單位，可是進程不是。
5. 線程沒有地址空間,線程包含在進程地址空間中

多線程的意義

優勢:

• 能適當提升程序的執行效率
• 能適當提升資源的利用率(CPU，內存)
• 線程上的任務執行完成後，線程會自動銷燬

缺點

• 開啓線程須要佔用必定的內存空間(默認狀況下，每個線程都佔 512 KB)
• 若是開啓大量的線程，會佔用大量的內存空間，下降程序的性能
• 線程越多，CPU 在調用線程上的開銷就越大

* 程序設計更加複雜，好比線程間的通訊、多線程的數據共享

多線程原理

時間片的概念：CPU在多個任務直接進行快速的切換，這個時間間隔就是時間片

* (單核CPU)同一時間，CPU 只能處理 1 個線程  * 換言之，同一時間只有 1 個線程在執行

* 多線程同時執行: * 是 CPU 快速的在多個線程之間的切換

• CPU 調度線程的時間足夠快，就形成了多線程的「同時」執行的效果

* 若是線程數很是多

• CPU 會在 N 個線程之間切換，消耗大量的 CPU 資源 

* 每一個線程被調度的次數會下降，線程的執行效率下降

多線程技術方案

C與OC的橋接

• __bridge只作類型轉換，可是不修改對象(內存)管理權;
• __bridge_retained(也可使用CFBridgingRetain)將Objective-C的對象轉換爲 Core Foundation的對象，同時將對象(內存)的管理權交給咱們，後續須要使用 CFRelease或者相關方法來釋放對象;
• __bridge_transfer(也可使用CFBridgingRelease)將Core Foundation的對象 轉換爲Objective-C的對象，同時將對象(內存)的管理權交給ARC。

線程生命週期

• 新建：new新建線程後，調用start後，並不會當即執行，而是進入就緒狀態，等待CPU的調度。
• 運行：CPU調度當前線程，進入運行狀態，開始執行任務。若是當前線程還在運行中，CPU從可調度池中調用其餘線程，來執行此任務。
• 阻塞：運行中的任務，被調用sleep/等待同步鎖時，會進入阻塞狀態。全部線程都中止，等待sleep結束/獲取同步鎖，纔會回到就緒狀態。
• 死亡：運行中的任務，在任務執行完或被強制退出時，線程自動進入Dead銷燬。

線程池

飽和策略

• AbortPolicy 直接拋出RejectedExecutionExeception異常來阻止系統正常運行
• CallerRunsPolicy 將任務回退到調用者
• DisOldestPolicy 丟掉等待最久的任務
• DisCardPolicy 直接丟棄任務

這四種拒絕策略均實現的RejectedExecutionHandler接口

多線程常見問題

1. 任務執行速度的影響因素有哪些

• cup 的調度狀況
• 任務的複雜度
• 優先級
• 線程狀態

2. 優先級翻轉

在看優先級反轉前先了解什麼是IO密集型線程和CPU密集型線程。

• IO密集型線程：頻繁等待的線程，等待的時候會讓出時間片。
• CPU密集型線程：不多等待的線程，意味着長時間佔用着 CPU。

IO密集型線程比CPU密集型線程更容易獲得優先級提高。

特殊場景下，當多個優先級都比較高的CPU 密集型線程霸佔了全部 CPU 資源，而此時優先級較低的 IO 密集型線程將持續等待，產生線程餓死的現象。固然，爲了不線程餓死，CPU會發揮調度做用去逐步提升被「冷落」線程的優先級（提升優先級不必定就會執行，有機率的問題），IO 密集型線程一般狀況下比 CPU 密集型線程更容易獲取到優先級提高。

3. 線程優先級影響因素

• 用戶指定
• 根據等待的頻繁度提高或者下降
• 長時間不執行會被提升優先級

自旋鎖和互斥鎖

在咱們使用多線程的過程當中會遇到一種現象，就是資源搶奪。

例如多窗口售票這個案例，假設如今有 1000 張票，窗口 1 售賣了一張還剩 999 張，可是窗口 2 並不能同步知道剩餘票數，因此仍是按照 1000 張去售票，這種狀況就會出現問題。這個時候咱們就須要藉助加鎖操做來解決這種問題。這裏咱們介紹兩種鎖，自旋鎖與互斥鎖。

互斥鎖：

• 發現其餘線程執行，當前線程休眠 (就緒狀態) 一直在等打開 , 喚醒執行。
• 保證鎖內代碼，同一時間，只有一條線程可以執行。
• 互斥鎖的鎖定範圍，應該儘可能小，鎖定範圍越大，效率越差。

互斥鎖參數：

• 可以加鎖的任意NSObject對象。
• 鎖對象要保證全部線程都可以訪問。
• 若是代碼只有一個地方須要加鎖，大多都使用self，這樣能夠避免單獨再建立一個鎖對象。

自旋鎖：

• 發現其餘線程執行，當前線程詢問 , 忙等，耗費性能比較高。自旋鎖內容應儘量小，保障儘快完成鎖內任務。

互斥鎖與自旋鎖的區別：

• 互斥鎖是被動等待代碼觸發，再上鎖。被動觸發，任務資源較大(執行耗時長)時，選擇互斥鎖。
• 自旋鎖是主動輪循請求資源。因此自旋鎖更消耗資源。要求當即執行，任務資源較小(執行耗時短)時，可選擇自旋鎖。

atomic 與 nonatomic

atomic：

• atomic 是原子屬性，是爲多線程開發準備的，是默認屬性！
• 僅僅在屬性的 setter 方法中，增長了鎖(自旋鎖)，可以保證同一時間，只有一條線程對屬性進行寫操做
• 同一時間 單(線程)寫多(線程)讀的線程處理技術

nonatomic:

• nonatomic 是非原子屬性
• 沒有鎖！性能高！

下面咱們來看一下 atomic 的底層實現：

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
    if (offset == 0) {
        object_setClass(self, newValue);
        return;
    }

    id oldValue;
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);

    if (copy) {
        newValue = [newValue copyWithZone:nil];
    } else if (mutableCopy) {
        newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
    } else {
        if (*slot == newValue) return;
        newValue = objc_retain(newValue);
    }

    // 判斷是不是 atomic 標識，是的話就添加鎖操做
    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;        
        slotlock.unlock();
    }

    objc_release(oldValue);
}
複製代碼

在源碼中咱們能夠看到 atomic 其實就是一個標識，底層根據 atomic 標識來判斷是否加鎖。