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iOS底层原理-多线程(GCD)

2019-12-15  本文已影响0人  _曾梦想仗剑走天涯

多线程面试题

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?
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
线程安全的处理手段有哪些?
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!

GCD的常用函数

image.png

GCD中有2个用来执行任务的函数
用同步的方式执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
queue:队列
block:任务

用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

GCD源码:https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch

各种队列的执行效果

image.png
使用sync函数往当前串行队列中添加任务,会卡住当前的串行队列(产生死锁)

GCD的队列
GCD的队列可以分为2大类型
并发队列(Concurrent Dispatch Queue)
可以让多个任务并发(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(Serial Dispatch Queue)
让任务一个接着一个地执行(一个任务执行完毕后,再执行下一个任务)

容易混淆的术语

有4个术语比较容易混淆:同步、异步、并发、串行
同步和异步主要影响: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

并发和串行主要影响:任务的执行方式

并发:多个任务并发(同时)执行
串行:一个任务执行完毕后,再执行下一个任务

//这是一个很经典的死锁的面试题
// 问题:以下代码是在主线程执行的,会不会产生死锁?会!是因为主线程除了任务2还有一个任务,如果不把任务3执行完就不会执行任务2
//使用sync函数往当前串行队列中添加任务,会卡住当前的串行队列(产生死锁)
- (void)interview0
{
    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");
    // dispatch_sync立马在当前线程同步执行任务
}

多线程的安全隐患

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

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
iOS中的线程同步方案
OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

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

atomic

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

@interface CCPerson : NSObject
@property (assign, nonatomic) int age;
@property (copy, atomic) NSString *name;
@property (strong, atomic) NSMutableArray *data;
@end

 nonatomic和atomic
 atom:原子,不可再分割的单位
 atomic:原子性
 
 给属性加上atomic修饰,可以保证属性的setter和getter都是原子性操作,也就是保证setter和gette内部是线程同步的

//根据runtime的源码我们可以发现如果是非原子属性set方法就直接赋值
//如果是原子属性,我们可以看到spinlock_t进行加锁解锁操作

void objc_setProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, id newValue, BOOL atomic, signed char shouldCopy) 
{
    bool copy = (shouldCopy && shouldCopy != MUTABLE_COPY);
    bool mutableCopy = (shouldCopy == MUTABLE_COPY);
    reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, atomic, copy, mutableCopy);
}

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;        
        slotlock.unlock();
    }

id objc_getProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, BOOL atomic) {
    if (offset == 0) {
        return object_getClass(self);
    }

    // Retain release world
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
    if (!atomic) return *slot;
        
    // Atomic retain release world
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    slotlock.lock();
    id value = objc_retain(*slot);
    slotlock.unlock();
    
    // for performance, we (safely) issue the autorelease OUTSIDE of the spinlock.
    return objc_autoreleaseReturnValue(value);
}

iOS中的读写安全方案

思考如何实现以下场景
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

上面的场景就是典型的“多读单写”,经常用于文件等数据的读写操作,iOS中的实现方案有
pthread_rwlock:读写锁
dispatch_barrier_async:异步栅栏调用

pthread_rwlock
等待锁的线程会进入休眠

image.png

dispatch_barrier_async
这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的
如果传入的是一个串行或是一个全局的并发队列,那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果

image.png
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