线程与进程

线程与进程概念

• 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。
• 线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务都在线程中执行。
• 进程中至少要有一条线程。
• 程序启动会默认开启一条线程，这条线程被称为主线程或者UI线程
• 进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内。

进程与线程的关系

1. 进程与线程是包含与被包含的关系，即：进程中包含多个线程。
2. 同一个进程中的线程共享进程的地址空间和资源。
3. 多进程比多线程健壮。即一个进程崩溃之后一般情况下不会对其它进程产生影响，但是一个线程崩溃了，那整个进程都无法继续了。
4. CPU调度的基本单位是线程。
5. 各进程进行切换时，会消耗一定的资源，如果频繁切换进程，效率较低下。
6. 线程不能独立执行，必须依存于应用程序中。

线程和Runloop的关系

1. runloop与线程是一一对应的，一个runloop对应一个线程。
2. runloop是来管理线程的，当线程的runloop被开启后，线程会在执行完任务后进入休眠状态，有了任务就会被唤醒去执行任务。
3. runloop在第一次获取时被创建，在线程结束时被销毁。
4. 对于主线程来说，runloop在程序一启动就默认创建好了。
5. 对于子线程来说，runloop是懒加载的，只有当我们使用的时候才会创建，所以在子线程用定时器要注意:确保子线程的runloop被创建，不然定时器不会回调。

多线程原理

多线程原理

对于单核CPU，同一时间，CPU只能处理一条线程，即只有一条线程在工作，这种情况下的多线程的本质是CPU在多个任务之间进行快速的切换，由于CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程的“同时”执行的效果。其中切换的时间间隔就是时间片。
对于多核CPU，同一个时间，CPU可以处理多条线程。

多线程意义

优点：

• 能适当提高程序的执行效率
• 能适当提高资源的利用率，如CPU、内存
• 线程上的任务执行完成后，线程会自动销毁

缺点：

• 开启线程需要占用一定的内存空间，默认情况下，每一个线程占用512KB
• 线程越多，CPU在调用线程上的开销就越大
• 程序设计更加复杂，比如线程间的通信，多线程的数据共享

多线程生命周期

多线程的生命周期有5个状态：

• 新建：创建一个线程，主要是实例化线程对象。
• 就绪：线程对象调用start方法，将线程对象加入可调度线程池，等待CPU的调用。即调用start方法，并不会立即执行，进入就绪状态，需要等待一段时间，经CPU调度后才执行，也就是从就绪状态进入运行状态。
• 运行：CPU负责调度可调度线程池中线程的执行，在线程执行完成之前，其状态可能会在就绪和运行之间来回切换，这个变化是由CPU负责，开发人员不能干预。
• 阻塞：当满足某个预定条件时，如sleep或者同步锁，这些会阻塞线程执行。当进入sleep时，会重新将线程置为就绪状态。
• 死亡：分为两种情况：
  • 情况1：正常死亡，即线程执行完毕。
  • 情况2：非正常死亡，即当满足某个条件后，在线程内部（或者主线程中）终止执行（调用exit方法等退出）

多线程生命周期.png

线程池原理

线程池原理.png

• 【第一步】判断核心线程池中是否已满
  如果已经满了，进入【第二步】。
  如果未满，则创建新的线程执行任务。

• 【第二步】判断线程池工作队列是否已经满
  如果已经满了，进入【第三步】。
  如果未满，则将任务存储到工作队列中，等待CPU的调度。

• 【第三步】判断线程池中的线程是否都处于执行状态
  如果是，进入【第四步】。
  如果不是，则安排可调度线程池中空闲的线程去执行任务

• 【第四步】交给饱和策略去执行，主要有以下四种（在iOS中并没有找到以下4种策略）
  AbortPolicy：直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻止系统正常运行
  CallerRunsPolicy：将任务回退到调用者
  DisOldestPolicy：丢掉等待最久的任务
  DisCardPolicy：直接丢弃任务

iOS中多线程的实现方案

方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	1、一套能用的多线程API； 2、适用于Linux、Unix、Windows等系统； 3、跨平台、可移植； 4、使用难度较大	C	程序员管理	几乎不用
NSThread	1、使用更加面向对象； 2、使用较为简单，可直接操作线程对象；	OC	程序员管理	偶尔使用
GCD	1、替代NSThread等线程技术； 2、充分利用设备的多核；	C	自动管理	经常使用
NSOperation	1、基于GCD封装； 2、比GCD多了一些更加简单实用的功能； 3、使用更加面向对象；	OC	自动管理	经常使用

在iOS的多线程使用过程中，存在C和OC的桥接，则需要注意的点如下：

• __bridge只做类型转换，但是不修改对象(内存)管理权

• __bridge_retained(也可以使用CFBridgingRetain)将Objective-C的对象转换为 Core Foundation的对象，同时将对象(内存)的管理权交给我们，后续需要使用 CFRelease或者相关方法来释放对象

• __bridge_transfer(也可以使用CFBridgingRelease)将Core Foundation的对象 转换为Objective-C的对象，同时将对象(内存)的管理权交给ARC。

线程安全问题

当多个线程同时访问同一块资源时，容易引发数据错乱和数据安全问题，目前主要有以下两种解决方案

• 互斥锁（即同步锁）：@synchronized
• 自旋锁

互斥锁

作用：确保同一时间，只有一条线程能够执行

• 如果代码中只有一个地方需要加锁，大多都使用self，这样可以避免单独再创建一个锁对象

• 加了互斥锁的代码，当新线程访问时，如果发现其他线程正在执行锁定的代码，新线程就会进入休眠状态

• 互斥锁的锁定范围，应该尽量小，锁定范围越大，效率越差

• 互斥锁能够加锁任意 NSObject 对象

• 锁对象一定要保证所有的线程都能够访问

自旋锁

自旋锁与互斥锁类似，但它不是通过休眠使线程阻塞，而是在获取锁之前一直处于忙等（即原地打转，称为自旋）阻塞状态。

使用场景：锁持有的时间短，且线程不希望在重新调度上花太多成本时，就需要使用自旋锁，属性修饰符atomic，就有一把自旋锁。

加入了自旋锁，当新线程访问代码时，如果发现有其他线程正在锁定代码，新线程会一直等待锁定的代码执行完成，即不停的尝试执行代码，比较消耗性能。

atomic 原子锁 & nonatomic 非原子锁

atomic和nonatomic主要用于属性的修饰。

• atomic是原子属性，是为多线程开发准备的，是默认属性。它会在属性的setter方法中，增加锁(自旋锁)，保证同一时间，只有一条线程对属性进行写操作，但同一时间，可以多条线程对属性进行读操作，它在Mac开发中较为常用。
• nonatomic是非原子属性。它不会增加锁，因此性能较高，它在移动端开发较为常用。