《OC高级编程》笔记3——关于并发,关于GCD

最近在看GCD,阅读了很多网上的资料,发现有很多资料写得非常好,即全面而又详细。自己功力还未到火候,对并发的理解及研究肯定不如他们,所以本篇主要收集几篇关于并发的好文章。
小笨狼漫谈多线程:GCD(1)
GCD 扫盲篇
深入理解 GCD(一)
深入理解 GCD(二)

objc中国上并发编程专题:
并发编程:API 及挑战
常见的后台实践
底层并发 API
常见的后台实践
线程安全类的设计

关于线程、多线程。并发、并行。


1. 什么是线程、单线程、多线程?

线程即一个CPU执行的命令列为一条无分叉路径。只有一条这样的无分叉的路径就叫单线程,多条则叫多线程

也就是说一个CPU核一次只能执行一条CPU的命令,即CPU本来是单线程运作的,那多线程是怎样实现的呢?

2.多线程是怎么实现的?

上下文切换:当只有一个CPU核时,系统会每隔一点时间反复来回切换执行路径,切换时将各路径的一些状态信息保存在路径响应的内存中,等下次切换回来时用。
这个切换时间是如此之快,以至于让人感觉到一个CPU好像能并列、同时处理多个线程一样。而若有多个CPU核,那则才是真正意义上的并列、同时执行。
也就是说单核CPU的多线程是一种多线程的错觉,而多核CPU的多线程确实是真正意义上的多线程。

3.多线程可能引发的问题?

争夺共享资源:比较常见的是多线程读写共享资源时可能隐藏这潜在的风险,结果不可靠。
我们来举一个关于争夺共享资源的简单示例:用整型变量做计数器。在程序运行过程中,我们有两个并行的线程A和线程B,这两个线程都可能尝试修改整数的值。
那此时存在着什么偶然情况呢?如下图,Thread A先开始修改该整数,它先从内存中读取出该整数的值17,就在将要给其+1而未加之际。Thread B也开始修改该整数了,它读取了该整数的内存,因为Thread A还未对其进行+1操作,或者虽在进行中但还未把结果18写入该整数的内存。总之就是Thread B读取到的整数值也还是17。接着Thread A和Thread B分别对该整数完成了+1操作。因为两者读取到的初始值都是17,所以最终结果竟然是18。这明显是错误的,对一个数进行了两次+1操作,结果应当是19才对。

争夺共享资源.png

因此在多线程下访问共享资源,某线程操作某资源时,应该排斥限制其他线程访问该资源。这样互斥机制应运而生。为避免出现以上潜在风险,某个线程在操作某资源前得先获取一个互斥锁,将其他想访问该资源而虎视眈眈的线程拒之门外。等这个线程对资源操作完了再释放掉锁,这样别的线程就有机会访问该共享资源了。

加了互斥锁.png

OC中定义属性时,语义修饰词atomicnonatomic分别代表“原子性”和“非原子性”。将属性声明为atomic代表在每次访问该属性时都会进行隐式的加锁和解锁。最可靠的做法是将所有的属性都声明为atomic,但是也会为加解锁付出一定的代价。因此最终选择是否加锁,在于安全和性能的权衡。

在资源上加锁会引发一定的性能代价,这些代价来源于:

获取锁本身就是开销,而且有时该锁已经被其他线程获取了,所以当前线程得等待,此时线程便进入了休眠状态。当其他线程释放掉相关资源的锁时,休眠的线程会得到通知,才进入就绪状态获取锁。

而且若是获取资源的锁后,对该资源进行的操作比较复杂,需要消耗比较长的时间,那其他线程想获取锁只好等你执行完释放掉锁。比如本来计划秉性运行的代码,但实际上由于共享资源中配置了相关的锁,所以同一时间只有一个线程是处于激活状态的。

死锁
优先级反转

GCD的多线程


在GCD中,开发者要做的只是把需要执行的任务追加到合适的Dispatch Queue(队列)中,开发者不需要亲手管理线程。而一般的所说的任务是以block形式表现的。

1.关于队列:Dispatch Queue

GCD中以执行逻辑的不同可分为两种队列:串行队列&并行队列

  • ** 串行队列:**队列中的任务,必须等上一个执行结束,才能开始一下任务。

串行队列只存在于一个线程中执行任务;而若手动创建多个串行队列,虽然每个都只有一个线程,但多个串行队列却是并行的。这样仍然能达到并发的效果。

  • ** 并行队列:**一个接一个的开始,并不等待上一个任务执行完就开始下一个任务。

所谓“并行队列”,就是在一个并行队列中系统使用多个线程来同时执行多个任务,只不过这些线程是由系统来管理的,作为开发者并不需要关心。而且到底开启多少线程,这个也是由系统决定的。

2.与同步、异步的区分

sync&async.png

** 同步:将任务提交给队列后,等待任务完成后才返回。
** 异步:
将任务提交给队列后,不等待任务,而是立马返回。** 异步必定会另开一个线程,用于处理任务。**

屏幕快照 2016-04-19 下午2.03.40.png
3.创建队列

** 自己手动创建:**

    // 串行队列
    dispatch_queue_t mySerQueue = dispatch_queue_create("mySerialDispatchQueue.GCDDemo", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    // 并行队列
    dispatch_queue_t myConQueue = dispatch_queue_create("myConcurrentDispatchQueue.GCDDemo",DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

GCD是C的函数,没有自动管理内存的技术,所以我们create的东西一定要自己释放,相应的有方法release、retain方法。
** 获取系统提供的标准队列:**
Main Dispatch Queue :在主线程中执行的Dispatch Queue。因为主线程只有一个,所以Main Dispatch Queue为串行队列。
Global Dispatch Queue:存在于系统的,所有程序都能够使用的并发队列,没有必要通过create方法手动创建,只要用时获取系统的并行队列就行了。
另外,Global Dispatch Queue有4个优先级。
另外,通过获取系统队列的方法获取到的Main Dispatch Queue和Global Dispatch Queue执行dispatch_retain和dispathc_release不会有任何变化,也不会有任何问题。这也是获取系统队列比手动自己创建队列简单方便的原因。

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