你理解的多线程?
iOS的多线程方案有哪几种?你更倾向于哪一种?
pthread
跨平台 、使用难度大,手动管理线程的声明周期
NSThread
基于pthread封装、更加面向对象,简单易用,可直接操作线程对象,手动管理线程的生命周期
GCD
可以设置队列优先级,执行速度比NSOperationQueue快
NSOperation
NSOperationQueue每个任务都可以重新设置优先级,设置依赖关系,最大并发数,暂停取消任务
你在项目中用过 GCD 吗?
GCD 的队列类型
说一下 OperationQueue 和 GCD 的区别,以及各自的优势
多线程优缺点
优点:
程序响应速度更快,界面进行其他操作同时保持活动状态,优化任务执行,提高资源利用率
缺点:
线程占内存空间,管理线程需要额外CPU开销,线程多,降低程序性能,增加程序复杂度
OC你了解的锁有哪些?在你回答基础上进行二次提问;
追问一:自旋和互斥对比?
追问二:使用以上锁需要注意哪些?
追问三:用C/OC/C++,任选其一,实现自旋或互斥?口述即可!
队列的执行效果
产生死锁 :使用sync函数 往 当前 串行 队列添加任务
打印结果
- (void)test
{
NSLog(@"2");
}
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"1");
// 这句代码的本质是往Runloop中添加定时器
[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]];
})
打印结果:1 3
原因:performSelector:withObject:afterDelay:的本质是往Runloop中添加定时器
子线程默认没有启动Runloop
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
NSLog(@"1");
// [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
// [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
}];
[thread start];
[self performSelector:@selector(test) onThread:thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
打印结果 : 1 线程挂了,开启runloop可以打印结果
多线程安全隐患
资源共享
1块资源可能会被多个线程共享,也就是多个线程可能会访问同一块资源
比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件
当多个线程访问同一块资源时,很容易引发数据错乱和数据安全问题
经典案列 : 卖票、取钱
解决方案
使用线程同步技术(同步,就是协同步调,按预定的先后次序进行)
常见的线程同步技术是:加锁
线程同步方案
-
OSSpinLock(ios10已过期)
OSSpinLock叫做”自旋锁”,等待锁的线程会处于忙等(busy-wait)状态,一直占用着CPU资源
目前已经不再安全,可能会出现优先级反转问题
如果等待锁的线程优先级较高,它会一直占用着CPU资源,优先级低的线程就无法释放锁
需要导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>
注意点:一定要是同一把锁,不然锁不会生效
//初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
//尝试加锁(如果需要等待就不加锁返回false,不需要等待加锁,返回去true)
BOOL restult =OSSpinLockTry(&lock);
//加锁
OSSpinLockLock(&lock);
/*需要执行的代码*/
//解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);
-
os_unfair_lock
os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ,从iOS10开始才支持
从底层调用看,等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态,并非忙等
需要导入头文件#import <os/lock.h>
//初始化
os_unfair_lock ticketLock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
//尝试加锁(如果需要等待就不加锁返回false,不需要等待加锁,返回去true)
BOOL result = os_unfair_lock_trylock(&_ticketLock);
//加锁
os_unfair_lock_lock(&_ticketLock);
/*需要执行代码*/
//解锁
os_unfair_lock_unlock(&_ticketLock);
-
pthread_mutex
mutex叫做”互斥锁”,等待锁的线程会处于休眠状态
需要导入头文件#import <pthread.h>
// 初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(mutex, &attr);
//尝试加锁
pthread_mutex_trylock(&mutex);
//加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
//解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// 销毁属性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
// 销毁锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);
**pthread_mutex – 递归锁 **
// 递归锁:允许同一个线程对一把锁进行重复加锁
// 初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
// 初始化锁
pthread_mutex_init(mutex, &attr);
// 销毁属性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
**pthread_mutex – 条件 **
@interface MutexDemo3()
@property (assign, nonatomic) pthread_mutex_t mutex;
@property (assign, nonatomic) pthread_cond_t cond;
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *data;
@end
@implementation MutexDemo3
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
// 初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
// 初始化锁
pthread_mutex_init(&_mutex, &attr);
// 销毁属性
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
// 初始化条件
pthread_cond_init(&_cond, NULL);
self.data = [NSMutableArray array];
}
return self;
}
- (void)otherTest
{
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__remove) object:nil] start];
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__add) object:nil] start];
}
// 生产者-消费者模式
// 线程1
// 删除数组中的元素
- (void)__remove
{
pthread_mutex_lock(&_mutex);
NSLog(@"__remove - begin");
if (self.data.count == 0) {
// 等待
pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
}
[self.data removeLastObject];
NSLog(@"删除了元素");
pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}
// 线程2
// 往数组中添加元素
- (void)__add
{
pthread_mutex_lock(&_mutex);
sleep(1);
[self.data addObject:@"Test"];
NSLog(@"添加了元素");
// 信号
pthread_cond_signal(&_cond);
// 广播
// pthread_cond_broadcast(&_cond);
pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}
- (void)dealloc
{
pthread_mutex_destroy(&_mutex);
pthread_cond_destroy(&_cond);
}
-
dispatch_semaphore
semaphore叫做”信号量”
信号量的初始值,可以用来控制线程并发访问的最大数量
信号量的初始值为1,代表同时只允许1条线程访问资源,保证线程同步
#define SemaphoreBegin \
static dispatch_semaphore_t semaphore; \
static dispatch_once_t onceToken; \
dispatch_once(&onceToken, ^{ \
semaphore = dispatch_semaphore_create(1); \
}); \
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
#define SemaphoreEnd \
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
- (void)test
{
SemaphoreBegin;
/*执行代码*/
SemaphoreEnd;
}
-
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
直接使用GCD的串行队列,也是可以实现线程同步的
@interface SerialQueueDemo()
@property (strong, nonatomic) dispatch_queue_t ticketQueue;
@property (strong, nonatomic) dispatch_queue_t moneyQueue;
@end
@implementation SerialQueueDemo
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
self.ticketQueue = dispatch_queue_create("ticketQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
self.moneyQueue = dispatch_queue_create("moneyQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
}
return self;
}
- (void)__drawMoney
{
dispatch_sync(self.moneyQueue, ^{
[super __drawMoney];
});
}
- (void)__saveMoney
{
dispatch_sync(self.moneyQueue, ^{
[super __saveMoney];
});
}
- (void)__saleTicket
{
dispatch_sync(self.ticketQueue, ^{
[super __saleTicket];
});
}
@end
-
NSLock
NSLock是对mutex普通锁的封装
@interface NSLockDemo()
@property (strong, nonatomic) NSLock *ticketLock;
@property (strong, nonatomic) NSLock *moneyLock;
@end
@implementation NSLockDemo
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
self.ticketLock = [[NSLock alloc] init];
self.moneyLock = [[NSLock alloc] init];
}
return self;
}
// 死锁:永远拿不到锁
- (void)__saleTicket
{
[self.ticketLock lock];
[super __saleTicket];
[self.ticketLock unlock];
}
- (void)__saveMoney
{
[self.moneyLock lock];
[super __saveMoney];
[self.moneyLock unlock];
}
- (void)__drawMoney
{
[self.moneyLock lock];
[super __drawMoney];
[self.moneyLock unlock];
}
@end
-
NSRecursiveLock
NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装,API跟NSLock基本一致 -
NSCondition
NSCondition是对mutex和cond的封装
@interface NSConditionDemo()
@property (strong, nonatomic) NSCondition *condition;
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *data;
@end
@implementation NSConditionDemo
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
self.condition = [[NSCondition alloc] init];
self.data = [NSMutableArray array];
}
return self;
}
- (void)otherTest
{
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__remove) object:nil] start];
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__add) object:nil] start];
}
// 生产者-消费者模式
// 线程1
// 删除数组中的元素
- (void)__remove
{
[self.condition lock];
NSLog(@"__remove - begin");
if (self.data.count == 0) {
// 等待
[self.condition wait];
}
[self.data removeLastObject];
NSLog(@"删除了元素");
[self.condition unlock];
}
// 线程2
// 往数组中添加元素
- (void)__add
{
[self.condition lock];
sleep(1);
[self.data addObject:@"Test"];
NSLog(@"添加了元素");
// 信号
[self.condition signal];
sleep(2);
[self.condition unlock];
}
-
NSConditionLock
NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装,可以设置具体的条件值
@interface NSConditionLockDemo()
@property (strong, nonatomic) NSConditionLock *conditionLock;
@end
@implementation NSConditionLockDemo
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
self.conditionLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:1];
}
return self;
}
- (void)otherTest
{
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__one) object:nil] start];
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__two) object:nil] start];
[[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(__three) object:nil] start];
}
- (void)__one
{
[self.conditionLock lock];
NSLog(@"__one");
sleep(1);
[self.conditionLock unlockWithCondition:2];
}
- (void)__two
{
[self.conditionLock lockWhenCondition:2];
NSLog(@"__two");
sleep(1);
[self.conditionLock unlockWithCondition:3];
}
- (void)__three
{
[self.conditionLock lockWhenCondition:3];
NSLog(@"__three");
[self.conditionLock unlock];
}
-
@synchronized
@synchronized是对mutex递归锁的封装
源码查看:objc4中的objc-sync.mm文件
@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁,然后进行加锁、解锁操作
- (void)otherTest
{
@synchronized([self class]) {
NSLog(@"123");
[self otherTest];
}
}
iOS线程同步方案性能比较
os_unfair_lock > OSSpinLock > dispatch_semaphore > pthread_mutex > dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL) > NSLock > NSCondition > pthread_mutex(recursive) > NSRecursiveLock > NSConditionLock > @synchronized
自旋锁、互斥锁比较
自旋锁 忙等,互斥锁会休眠
什么情况使用自旋锁比较划算
- 预计线程等待锁的时间很短
- 加锁的代码(临界区)经常被调用,但竞争情况很少发生
- CPU资源不紧张
- 多核处理器
什么情况使用互斥锁比较划算
- 预计线程等待锁的时间较长
- 单核处理器
- 临界区有IO操作
- 临界区代码复杂或者循环量大
- 临界区竞争非常激烈
atomic
atom:原子,不可再分割的单位
atomic:原子性(执行过程不能被打断 ,加锁)
atomic用于保证属性setter、getter的原子性操作,相当于在getter和setter内部加了线程同步的锁
可以参考源码objc4的objc-accessors.mm
它并不能保证使用属性的过程是线程安全的
iOS中的读写安全方案
思考如何实现以下场景(多读单写)?
同一时间,只能有1个线程进行写的操作
同一时间,允许有多个线程进行读的操作
同一时间,不允许既有写的操作,又有读的操作
- (void)setName:(NSString *)name
{
// 加锁
_name = name;
// 解锁
}
解决方案
- pthread_rwlock:读写锁
#import <pthread.h>
@interface ViewController ()
@property (assign, nonatomic) pthread_rwlock_t lock;
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// 初始化锁
pthread_rwlock_init(&_lock, NULL);
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
[self read];
});
dispatch_async(queue, ^{
[self write];
});
}
}
- (void)read {
pthread_rwlock_rdlock(&_lock);
sleep(1);
NSLog(@"%s", __func__);
pthread_rwlock_unlock(&_lock);
}
- (void)write
{
pthread_rwlock_wrlock(&_lock);
sleep(1);
NSLog(@"%s", __func__);
pthread_rwlock_unlock(&_lock);
}
- (void)dealloc
{
pthread_rwlock_destroy(&_lock);
}
- dispatch_barrier_async:异步栅栏调用
@interface ViewController ()
@property (strong, nonatomic) dispatch_queue_t queue;
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
self.queue = dispatch_queue_create("rw_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(self.queue, ^{
[self read];
});
dispatch_async(self.queue, ^{
[self read];
});
dispatch_async(self.queue, ^{
[self read];
});
dispatch_barrier_async(self.queue, ^{
[self write];
});
}
}
- (void)read {
sleep(1);
NSLog(@"read");
}
- (void)write
{
sleep(1);
NSLog(@"write");
}
@end
GNUstep
GNUstep是GNU计划的项目之一,它将Cocoa的OC库重新开源实现了一遍
源码地址:http://www.gnustep.org/resources/downloads.php
虽然GNUstep不是苹果官方源码,但还是具有一定的参考价值
一、线程之间的通讯
1、
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
// 下载图片
UIImage *image = nil;
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
回到主线程
});
2、 [self performSelector:@selector(settingImage:) onThread:[NSThread mainThread] withObject:image waitUntilDone:YES modes:nil];
[self performSelectorOnMainThread:@selector(settingImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
3、NSMarchPort
二、多线程安全的解决方法
1、只在主线程刷新访问UI
2、如果要防止线程资源抢夺,得用synchronized进行枷锁保护
3、如果异步线程要保证线程安全问题,尽量使用GCD(有些函数默认是线程安全的)
四、NSOperationQueue 与GCD的区别
进程
进程是指在系统中正在运行的一个应用程序
每个进程之间是独立的,每个进程均运行在其专用且受保护的内存空间内
线程
1、进程不具备执行任务的能力,1个进程要想执行任务,必须得有线程,每1个进程至少要有1条线程,一个进程(程序)的所有任务都在线程中执行
2、线程中任务的执行是串行的,同一时间内,1个线程只能执行1个任务
多线程
1个进程中可以开启多条线程,多条线程可以并行(同时)执行不同的任务
多线程的原理
同一时间,CPU只能处理1条线程,只有1条线程在工作(执行)
多线程并发(同时)执行,其实是CPU快速地在多条线程之间调度(切换)
如果CPU调度线程的时间足够快,就造成了多线程并发执行的假象
如果线程非常非常多,会发生什么情况?
CPU会在N多线程之间调度,CPU会累死,消耗大量的CPU资源
每条线程被调度执行的频次会降低(线程的执行效率降低)
多线程的优点
能适当提高程序的执行效率
能适当提高资源利用率(CPU、内存利用率)
多线程的缺点
1、创建线程是有开销的,iOS下主要成本包括:内核数据结构(大约1KB)、栈空间(子线程512KB、主线程1MB,也可以使用-setStackSize:设置,但必须是4K的倍数,而且最小是16K)创建线程大约需要90毫秒的创建时间
2、如果开启大量的线程,会降低程序的性能
3、线程越多,CPU在调度线程上的开销就越大
4、程序设计更加复杂:比如线程之间的通信、多线程的数据共享
主线程
一个iOS程序运行后,默认会开启1条线程,称为“主线程”或“UI线程”
主线程的主要作用
显示\刷新UI界面
处理UI事件
主线程的使用注意
别将比较耗时的操作放到主线程中
耗时操作会卡住主线程,严重影响UI的流畅度,给用户一种“卡”的坏体验
如何获取主线程
如果是主线程, 那么名称叫做main/ number = 1
**注意: **
currentThread代表拿到当前线程, 如果当前执行的方法是被主线程执行的, 那么拿到的就是主线程, 如果不是被主线程执行的, 那么拿到的就不是主线程
::[NSThread currentThread] 获取当前线程
::[NSThread mainThread] 主线程
判断当前方法是否实在主线程中执行的
[NSThread isMainThread] 返回bool值
iOS中多线程的实现方案
pthread
NSThread
没有返回值,没法对线程进行更详细的设置
线程的状态
1、alloc/init 创建一个线程,那么当前线程的状态就处于新建状态New
2、调用start 就会将创建好的线程放在调度池中,线程能够执行是因为被CPU调度了,只有处于调度池中的线程才会被CPU
3、调度,在调度池中线程处于就绪状态Runnable
cpu调度线程,线程状态就会从就绪状态Runnable 变为运行状态Running
4、CPU调度其他线程 当前线程状态就会从运行状态Running 变为就绪状态Runnable
5、当线程sleep或者被锁住了,线程就会从运行状态Running _ 变为阻塞Block状态_ ,线程就会从 调度池里移除
6、当前sleep时间到了,线程就会被重新添加到调度池中,状态就会从阻塞Block状态 变为 就绪状态Runnable
7、当线程任务执行完或者线程被强制关闭,线程就会处于死亡Dead状态
互斥锁
开发中如果需要加锁, 一般都使用self
原子和非原子属性
OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选
1、atomic:原子属性,为setter方法加锁(默认就是atomic)
2、非原子属性,不会为setter方法加锁
atomic:线程安全,需要消耗大量的资源
nonatomic:非线程安全,适合内存小的移动设备
iOS开发的建议
1、所有属性都声明为nonatomic
2、尽量避免多线程抢夺同一块资源
3、尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理,减小移动客户端的压力
Synchronized: 互斥锁
Atomic: 自旋锁
互斥锁和自旋锁共同点:
都能够保证同一时刻只能有一个线程操作锁住的代码
互斥锁和自旋锁区别:
互斥锁: 当上一个线程的任务没有执行完毕的时候(被锁住), 那么下一个线程会进入睡眠状态等待任务执行完毕, 当上一个线程的任务执行完毕, 下一个线程会自动唤醒, 然后执行任务
自旋锁:当上一个线程的任务没有执行完毕的时候(被锁住),那么下一个线程会一直等待(不会睡眠),当上一个线程的任务执行完毕,下一个线程会立即执行任务
自旋锁应用场景:
比较适合做一些不耗时的操作
线程间通信
什么叫做线程间通信?
在1个进程中,线程往往不是孤立存在的,多个线程之间需要经常进行通信
线程间通信的体现
1个线程传递数据给另1个线程
在1个线程中执行完特定任务后,转到另1个线程继续执行任务
线程间通信常用方法
::- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
::- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
子线程下载图片的demo
NSOperation、GCD 区别
NSOperation相比于GCD 可以取消或者暂停任务,可以设置依赖任务,控制最大并发数
NSThread、GCD 区别
NSThread 通过@selector 指定执行的房法,代码分散,如果开线程需要创建多个线程对象,线程直接的并发控制需要我们自己来控制,通过NSCondition实现
GCD通过block指定要执行的代码,代码集中,易于维护和阅读,不要管理线程的生命周期
什么时候使用GCD、什么时候使用NSOperation
GCD的优点是GCD本身非常简单、易用,节省代码量
NSOperation是对线程的高度抽象,使用它项目结构更好,子类化NSOperation设计思路,具有面向对象的优点(复用、封装),接口简单