多线程

2020-09-27 本文已影响0人 weixhe

方案	简介	语言	生命周期	实用频率
pthread	跨平台（Unix，Linux，Windows）更底层	C 语言	程序员管理	很少使用
NSThread	面向对象，简单易用	OC 语言	程序员管理	偶尔实用
GCD	旨在代替 NSThread 等线程技术充分利用设备的多核	C 语言	自动管理	经常使用
NSOperation	基于 GCD 的封装，更加面向对比 GCD 多了一些简单实用的功能	OC 语言	自动管理	经常使用

GCD

异步方式执行任务

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

同步方式执行任务

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, DISPATCH_NOESCAPE dispatch_block_t block);

GCD 队列

并发队列
- 让多个任务同时执行（自动开启多个线程同时执行任务）
- 并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效
串行队列
- 让任务一个接着一个的执行（一个任务执行完毕后，在执行下一个任务）

术语：同步异步并发串行

同步和异步：能不能开启新的线程
- 同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
- 异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
并发和串行：任务的执行方式
- 并发：多个任务同时执行
- 串行：一个接一个执行

小总结：
==dispatch_sync 和 dispatch_async 具备了开启线程的能力
队列的类型：决定了任务执行方式：并发，串行==

==dispatch_sync：要求立马执行任务
dispatch_async：不要求立马执行任务，可以等上一个任务执行完成再执行==

-	并发队列	串行队列	主队列
同步	==没有==开启新线程 ==串行==执行任务	==没有==开启新线程 ==串行==执行任务	==没有==开启新线程 ==串行==执行任务
异步	==有==开启新线程 ==并发==执行任务	==有==开启新线程 ==串行==执行任务	==没有==开启新线程 ==串行==执行任务

死锁

// 问题：以下代码在主线程执行，会不会产生死锁？
NSLog(@"执行任务 1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(queue, ^{
    NSLog(@"执行任务 2");
});
NSLog(@"执行任务 3");
    
答案：会，dispatch_get_main_queue 主队列，表示在主线程执行，在队列中 FIFO，先进先出，所以：dispatch_sync 要求立马执行，queue 请求一个一个的执行，但是当前 任务 3 还没有执行完，所以冲突了

// 问题：以下代码在主线程执行，会不会产生死锁？
NSLog(@"执行任务 1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(queue, ^{ // block0
    NSLog(@"执行任务 2");
    dispatch_sync(queue, ^{ // block1
        NSLog(@"执行任务 3");
    });
    NSLog(@"执行任务 4");
});
   NSLog(@"执行任务 5");
    
答案：会，block1要求立马执行，但是block0还没有结束，所以死锁
怎么样不死锁：将block1放到另一个queue中

小总结：
==死锁==：使用 sync 往当前串行队列中添加任务，会死锁

Lock 锁

OSSPinLock 自旋锁，等待锁的线程会处于忙等状态，一直占用CPU资源（高级锁，一直等），相当于while（是否加锁）{}（iOS10以上弃用了，提示用os_unfair_lock代替）
- 目前已经不再安全，可能会出现优先级翻转问题
- 如果等待锁的线程优先级较高，它会一直占着CPU资源，优先级低的线程就无法释放锁
```
#import <libkern/OSAtomic.h>
    
// 初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
    
// 尝试加锁（如果需要等待就不加锁， 直接返回 false，如果不需要等待就加锁，返回 true）
// OSSpinLockTry(&lock)
    
// 加锁
OSSpinLockLock(&lock);
    
// 解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);
```

os_unfair_lock 互斥锁，线程会处于休眠状态，并非忙等（低级锁，会休眠），用于取代OSSpinLock, 从iOS10开始

#import <os/lock.h>
    
// 初始化
os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
    
// 尝试加锁（如果需要等待就不加锁，直接返回 false，如果不需要等待就加锁，返回 true
// os_unfair_lock_trylock(&lock)
    
// 加锁
os_unfair_lock_lock(&lock);
    
// 解锁
os_unfair_lock_unlock(&lock);

pthread_mutex 互斥锁，等待锁的线程会处于休眠状态（低级锁，会休眠）

普通锁（PTHREAD_MUTEX_DEFAULT）
递归锁（PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE），允许同一个线程对一把锁进行重复加锁
错误锁，解决出错时使用，不常用

递归锁：
线程1 执行test()，加锁，继续执行test()，加锁... 可以
线程2 执行test()，但是线程1已经加锁，只能等待

#import <pthread.h>
    
// 初始化
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 结构体只能在定义的时候进行复制，不能先定义，再赋值
// 或
{
    // 先初始化一个属性
    pthread_mutexattr_t attr;
    pthread_mutexattr_init(&attr); 
    pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
    pthread_mutex_init(&lock, &attr); // 初始化锁的时候带有属性，属性为NULL，则默认Default
    pthread_mutexattr_destroy(&attr); // 销毁属性
}
    
// 尝试加锁（如果需要等待就不加锁，直接返回 false，如果不需要等待就加锁，返回 true
// pthread_mutex_trylock(&lock)
    
// 加锁
pthread_mutex_lock(&lock);
    
// 解锁
pthread_mutex_unlock(&lock);
    
// 销毁锁
pthread_mutex_destroy(&lock)
    
    
// 条件锁
pthread_cond_init(&_cond, NULL); // 初始化一个条件
pthread_cond_wait(&_cond, &_lock); // 等待信号（休眠），释放锁，让其他线程先运行
pthread_cond_signal(&_cond);  // 发信号
pthread_cond_broadcast(&_cond); // 发广播，对应多个线程等待
pthread_cond_destroy(&_cond); // 销毁条件

NSLock、NSRecursiveLock、NSCodition、NSCoditionLock
- NSLock 是对 mutex 普通锁的封装
- NSRecursiveLock 是对 mutex 的递归锁的封装
- NSCodition 是对 mutex 和 cond 的封装，
- NSCoditionLock 对 NSCodition，在线程中间等待的进一步封装，在线程开始前等待，按顺序执行线程（线程同步）

dispatch_semaphore

线程同步
控制最大并发量

// 创建信号量为 5 的 semaphore
dispatch_semaphore_t semaghore = dispatch_semaphore_create(5);
    
// 如果信号量 > 0, 信号量 -1，继续执行
// 如果信号量 <= 0, 线程休眠等待
dispatch_semaphore_wait(semaghore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

// 信号量 +1
dispatch_semaphore_signal(semaghore);

@synchronized

线程同步
synchronized 对 mutex 的封装，底层封装比较复杂，使用 HashMap，用对象作为 key，用封装 mutex 的对象作为 value，
递归锁，可以循环套用

加锁性能比较

性能 高 -> 低
os_unfair_lock      - 互斥锁，等待时会休眠，iOS10 以上
OSSPinLock          - 自旋锁，等待时不会休眠，不推荐使用，不安全
dispatch_semaphore  - 信号量，线程同步，推荐使用
pthread_mutex       - 互斥锁，等待时会休眠，推荐使用
dispatch_queue(SERIAL) - 线程同步
NSLock              - 封装 mutex，面向对象
NSCodition          - 封装 mutex-cond，面向对象
NSRecursiveLock     - 递归锁，封装 mutex-PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，不推荐使用
NSCoditionLock     - 条件锁，封装 mutex-PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，不推荐使用
@synchronized

推荐：pthread_mutex（跨平台，iOS所有版本都支持）、os_unfair_lock（iOS10以上）、dispatch_semaphore（iOS所有版本）

读写安全/多读单写

要求：
读写互斥
谢谢互斥
读读互斥

方案一：使用 pthread_rwlock 读写锁

#import <pthread.h>

@property (nonatomic, assign) pthread_rwlock_t lock;

// 初始化
pthread_rwlock_init(&_lock, NULL);

- (void)read {
    pthread_rwlock_rdlock(&_lock);
    //pthread_rwlock_tryrdlock(&_lock);
    NSLog(@"%s", __func__);
    sleep(2);
    pthread_rwlock_unlock(&_lock);
}

- (void)write {
    pthread_rwlock_wrlock(&_lock);
    pthread_rwlockpthread_rwlock_rdlocksleep(1);
    NSLog(@"%s", __func__);
    sleep(3);
    pthread_rwlock_unlock(&_lock);// 解锁
}
- (void)dealloc {
    // 销毁读写锁
    pthread_rwlockattr_destroy(&_lock);
}

方案二：使用 dispatch_barrier_async 异步栅栏调用

dispatch_barrier_async 同一个队列中，要求在执行barrier中的任务时，不允许其他任务执行

self. queue = dispatch_queue_create("rw_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

- (void)read {
    dispatch_sync(self.queue, ^{ // 这里可以同步也可以异步，看需求，如果有返回值就需要同步返回，如果直接在block中处理数据，可以使用异步
        sleep(1);
        NSLog(@"read");
    });
}

- (void)write {
    dispatch_barrier_async(self.queue, ^{
        sleep(5);
        NSLog(@"write");
    });
}

面试题

1、你理解的多线程？

答案：
多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。多线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的。
优点：

1）、可以加快程序的运行速度，因为用户界面可以在进行其它工作的同时一直处于活动状态
2）、可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理
3）、当前没有进行处理的任务时可以将处理器时间让给其它任务
4）、可以并发执行多个任务，释放一些珍贵的资源如内存占用等等
5）、可以随时停止任务
6）、可以分别设置各个任务的优先级以优化性能
    
缺点：
1）、因为多线程需要开辟内存，而且线程切换需要时间因此会很消耗系统内存。
2）、线程的终止会对程序产生影响
3）、由于多个线程之间存在共享数据，因此容易出现线程死锁的情况
4）、对线程进行管理要求额外的CPU开销。线程的使用会给系统带来上下文切换的额外负担。

2、你在项目中用过 GCD 吗？

答案：
开启子线程，使用信号量，栅栏函数，timer等等，onetoken

3、GCD 的队列类型

答案：
并发队列
- 让多个任务同时执行（自动开启多个线程同时执行任务）
- 并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效
串行队列
- 让任务一个接着一个的执行（一个任务执行完毕后，在执行下一个任务）

4、说一下 OperationQueue 和 GCD 的区别，以及各自的优势

答案：
GCD 是底层的C语言构成的 API，在队列中执行的是由block构成的任务，这是一个轻量级的数据结构
NSOperation 是对 GCD 的封装，更加面向对象，为我们提供了更多的选择，更简单的API入口

5、线程安全的处理手段有哪些？

答案：
@synchronized 关键字与 Lock 锁方式
synchronied 会自动释放锁；而 Lock 需手动为代码块加锁并释放锁
从性能上，Lock锁方式优于synchronized关键字

6、OC 你了解的锁有哪些？

答案：
os_unfair_lock      - 互斥锁，等待时会休眠，iOS10 以上
OSSPinLock          - 自旋锁，等待时不会休眠，不推荐使用
dispatch_semaphore  - 信号量，线程同步，推荐使用
pthread_mutex       - 互斥锁，等待时会休眠，推荐使用
dispatch_queue(SERIAL) - 线程同步
NSLock              - 封装 mutex，面向对象
NSCodition          - 封装 mutex-cond，面向对象
NSRecursiveLock     - 递归锁，封装 mutex-PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，不推荐使用
NSCoditionLock     - 条件锁，封装 mutex-PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，不推荐使用
@synchronized

追问一：自旋锁和互斥锁对比

答案：
自旋锁 - 等待锁的线程会处于忙等状态，一直占用 CPU 资源，如果等待锁的线程优先级较高，它会一直占着 CPU 资源，优先级低的线程就无法释放锁
互斥锁 - 线程会处于休眠状态
    
什么情况使用自旋锁？
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，但竞争情况很少出现
CPU 资源不紧张
多核处理器
    
什么时候使用互斥锁？
预计线程等待锁的时间很长
单核处理器
临界区 IO 操作
临界区代码复杂或循环量大
临界区竞争非常激烈

7、打印结果

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"1");
    // test 方法实现 NSLog(@"2");
    [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];
    NSLog(@"3");
});
答案：1，3  
理由: performSelector:withObject:afterDelay: 的本质是往 RunLoop 中添加定时器, 而子线程默认没有启动 RunLoop

多线程

GCD

GCD 队列

死锁

Lock 锁

读写安全/多读单写

面试题

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