⑧ 多线程相关面试题

2021-03-12  本文已影响0人  長茳

一、 进程:

二、 线程

三、 进程和线程的关系

四、 多进程

打开mac的活动监视器,可以看到很多个进程同时运行


五、 多线程

六、任务

就是执行操作的意思,也就是在线程中执行的那段代码。在 GCD 中是放在 block 中的。执行任务有两种方式:同步执行(sync)和异步执行(async)

七、队列

队列(Dispatch Queue):这里的队列指执行任务的等待队列,即用来存放任务的队列。队列是一种特殊的线性表,采用 FIFO(先进先出)的原则,即新任务总是被插入到队列的末尾,而读取任务的时候总是从队列的头部开始读取。每读取一个任务,则从队列中释放一个任务
在 GCD 中有两种队列:串行队列和并发队列。两者都符合 FIFO(先进先出)的原则。两者的主要区别是:执行顺序不同,以及开启线程数不同。

八、iOS中的多线程

主要有三种:NSThread、NSoperationQueue、GCD

1. NSThread:轻量级别的多线程技术

是我们自己手动开辟的子线程,如果使用的是初始化方式就需要我们自己启动,如果使用的是构造器方式它就会自动启动。只要是我们手动开辟的线程,都需要我们自己管理该线程,不只是启动,还有该线程使用完毕后的资源回收

  NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(testThread:) object:@"我是参数"];
    // 当使用初始化方法出来的主线程需要start启动
    [thread start];
    // 可以为开辟的子线程起名字
    thread.name = @"NSThread线程";
    // 调整Thread的权限 线程权限的范围值为0 ~ 1 。越大权限越高,先执行的概率就会越高,由于是概率,所以并不能很准确的的实现我们想要的执行顺序,默认值是0.5
    thread.threadPriority = 1;
    // 取消当前已经启动的线程
    [thread cancel];
    // 通过遍历构造器开辟子线程
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(testThread:) toTarget:self withObject:@"构造器方式"];
    //在当前线程。延迟1s执行。响应了OC语言的动态性:延迟到运行时才绑定方法
        [self performSelector:@selector(aaa) withObject:nil afterDelay:1];
      // 回到主线程。waitUntilDone:是否将该回调方法执行完在执行后面的代码,如果为YES:就必须等回调方法执行完成之后才能执行后面的代码,说白了就是阻塞当前的线程;如果是NO:就是不等回调方法结束,不会阻塞当前线程
        [self performSelectorOnMainThread:@selector(aaa) withObject:nil waitUntilDone:YES];
      //开辟子线程
        [self performSelectorInBackground:@selector(aaa) withObject:nil];
      //在指定线程执行
        [self performSelector:@selector(aaa) onThread:[NSThread currentThread] withObject:nil waitUntilDone:YES]

需要注意的是:如果是带afterDelay的延时函数,会在内部创建一个 NSTimer,然后添加到当前线程的Runloop中。也就是如果当前线程没有开启runloop,该方法会失效。在子线程中,需要启动runloop(注意调用顺序)

[self performSelector:@selector(aaa) withObject:nil afterDelay:1];
[[NSRunLoop currentRunLoop] run];

而performSelector:withObject:只是一个单纯的消息发送,和时间没有一点关系。所以不需要添加到子线程的Runloop中也能执行

2、GCD 对比 NSOprationQueue

我们要明确NSOperationQueue与GCD之间的关系
GCD是面向底层的C语言的API,NSOpertaionQueue用GCD构建封装的,是GCD的高级抽象。

1、GCD执行效率更高,而且由于队列中执行的是由block构成的任务,这是一个轻量级的数据结构,写起来更方便
2、GCD只支持FIFO的队列,而NSOperationQueue可以通过设置最大并发数,设置优先级,添加依赖关系等调整执行顺序
3、NSOperationQueue甚至可以跨队列设置依赖关系,但是GCD只能通过设置串行队列,或者在队列内添加barrier(dispatch_barrier_async)任务,才能控制执行顺序,较为复杂
4、NSOperationQueue因为面向对象,所以支持KVO,可以监测operation是否正在执行(isExecuted)、是否结束(isFinished)、是否取消(isCanceld)

九、GCD---队列

iOS中,有GCD、NSOperation、NSThread等几种多线程技术方案。

而GCD共有三种队列类型:
main queue:通过dispatch_get_main_queue()获得,这是一个与主线程相关的串行队列。

global queue:全局队列是并发队列,由整个进程共享。存在着高、中、低三种优先级的全局队列。调用dispath_get_global_queue并传入优先级来访问队列。

自定义队列:通过函数dispatch_queue_create创建的队列。

十、 死锁

死锁就是队列引起的循环等待

1、一个比较常见的死锁例子:主队列同步

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
       
        NSLog(@"deallock");
    });
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
}

在主线程中运用主队列同步,也就是把任务放到了主线程的队列中。
同步对于任务是立刻执行的,那么当把任务放进主队列时,它就会立马执行,只有执行完这个任务,viewDidLoad才会继续向下执行。
而viewDidLoad和任务都是在主队列上的,由于队列的先进先出原则,任务又需等待viewDidLoad执行完毕后才能继续执行,viewDidLoad和这个任务就形成了相互循环等待,就造成了死锁。
想避免这种死锁,可以将同步改成异步dispatch_async,或者将dispatch_get_main_queue换成其他串行或并行队列,都可以解决。

2、同样,下边的代码也会造成死锁:

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

dispatch_async(serialQueue, ^{
       
        dispatch_sync(serialQueue, ^{
            
            NSLog(@"deadlock");
        });
    });

外面的函数无论是同步还是异步都会造成死锁。
这是因为里面的任务和外面的任务都在同一个serialQueue队列内,又是同步,这就和上边主队列同步的例子一样造成了死锁
解决方法也和上边一样,将里面的同步改成异步dispatch_async,或者将serialQueue换成其他串行或并行队列,都可以解决

   dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_queue_t serialQueue2 = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_async(serialQueue, ^{
       
        dispatch_sync(serialQueue2, ^{
            
            NSLog(@"deadlock");
        });
    });

这样是不会死锁的,并且serialQueue和serialQueue2是在同一个线程中的。

十一、GCD任务执行顺序

1、串行队列先异步后同步

    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    NSLog(@"1");
    
    dispatch_async(serialQueue, ^{
        
         NSLog(@"2");
    });
    
    NSLog(@"3");
    
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        
        NSLog(@"4");
    });
    
    NSLog(@"5");

打印顺序是13245
原因是:
首先先打印1
接下来将任务2其添加至串行队列上,由于任务2是异步,不会阻塞线程,继续向下执行,打印3
然后是任务4,将任务4添加至串行队列上,因为任务4和任务2在同一串行队列,根据队列先进先出原则,任务4必须等任务2执行后才能执行,又因为任务4是同步任务,会阻塞线程,只有执行完任务4才能继续向下执行打印5
所以最终顺序就是13245。
这里的任务4在主线程中执行,而任务2在子线程中执行。
如果任务4是添加到另一个串行队列或者并行队列,则任务2和任务4无序执行(可以添加多个任务看效果)

2、performSelector

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        
        [self performSelector:@selector(test:) withObject:nil afterDelay:0];
    });

这里的test方法是不会去执行的,原因在于

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;

这个方法要创建提交任务到runloop上的,而gcd底层创建的线程是默认没有开启对应runloop的,所有这个方法就会失效。
而如果将dispatch_get_global_queue改成主队列,由于主队列所在的主线程是默认开启了runloop的,就会去执行(将dispatch_async改成同步,因为同步是在当前线程执行,那么如果当前线程是主线程,test方法也是会去执行的)。

十二、dispatch_barrier_async

1、问:怎么用GCD实现多读单写?

多读单写的意思就是:可以多个读者同时读取数据,而在读的时候,不能去写入数据。并且,在写的过程中,不能有其他写者去写。即读者之间是并发的,写者与读者或其他写者是互斥的。

这里的写处理就是通过栅栏的形式去写。
就可以用dispatch_barrier_sync(栅栏函数)去实现

2、dispatch_barrier_sync的用法:

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
        
        dispatch_sync(concurrentQueue, ^{
            
            NSLog(@"%zd",i);
        });
    }
    
    dispatch_barrier_sync(concurrentQueue, ^{
       
        NSLog(@"barrier");
    });
    
    for (NSInteger i = 10; i < 20; i++) {
        
        dispatch_sync(concurrentQueue, ^{
            
            NSLog(@"%zd",i);
        });
    }

这里的dispatch_barrier_sync上的队列要和需要阻塞的任务在同一队列上,否则是无效的。
从打印上看,任务0-9和任务10-19因为是异步并发的原因,彼此是无序的。而由于栅栏函数的存在,导致顺序必然是先执行任务0-9,再执行栅栏函数,再去执行任务10-19。

3、则可以这样设计多读单写:

- (id)readDataForKey:(NSString *)key
{
    __block id result;
    
    dispatch_sync(_concurrentQueue, ^{
       
        result = [self valueForKey:key];
    });
    
    return result;
}

- (void)writeData:(id)data forKey:(NSString *)key
{
    dispatch_barrier_async(_concurrentQueue, ^{
       
        [self setValue:data forKey:key];
    });
}

十三、dispatch_group_async

场景:在n个耗时并发任务都完成后,再去执行接下来的任务。比如,在n个网络请求完成后去刷新UI页面。

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("test1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
        
        dispatch_group_async(group, concurrentQueue, ^{
            
            sleep(1);
            
            NSLog(@"%zd:网络请求",i);
        });
    }
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        
        NSLog(@"刷新页面");
    });

十四、Dispatch Semaphore

GCD 中的信号量是指 Dispatch Semaphore,是持有计数的信号。

Dispatch Semaphore 提供了三个函数

1.dispatch_semaphore_create:创建一个Semaphore并初始化信号的总量
2.dispatch_semaphore_signal:发送一个信号,让信号总量加1
3.dispatch_semaphore_wait:可以使总信号量减1,当信号总量为0时就会一直等待(阻塞所在线程),否则就可以正常执行。

Dispatch Semaphore 在实际开发中主要用于:

1、保持线程同步:

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    
    __block NSInteger number = 0;
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        
        number = 100;
        
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    NSLog(@"semaphore---end,number = %zd",number);

dispatch_semaphore_wait加锁阻塞了当前线程,dispatch_semaphore_signal解锁后当前线程继续执行

2、保证线程安全,为线程加锁:

在线程安全中可以将dispatch_semaphore_wait看作加锁,而dispatch_semaphore_signal看作解锁
首先创建全局变量

 _semaphore = dispatch_semaphore_create(1);

注意到这里的初始化信号量是1。

- (void)asyncTask
{
    
    dispatch_semaphore_wait(_semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    count++;
    
    sleep(1);
    
    NSLog(@"执行任务:%zd",count);
    
    dispatch_semaphore_signal(_semaphore);
}

异步并发调用asyncTask

  for (NSInteger i = 0; i < 100; i++) {
        
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
            
            [self asyncTask];
        });
    }

然后发现打印是从任务1顺序执行到100,没有发生两个任务同时执行的情况。

原因如下:
在子线程中并发执行asyncTask,那么第一个添加到并发队列里的,会将信号量减1,此时信号量等于0,可以执行接下来的任务。而并发队列中其他任务,由于此时信号量不等于0,必须等当前正在执行的任务执行完毕后调用dispatch_semaphore_signal将信号量加1,才可以继续执行接下来的任务,以此类推,从而达到线程加锁的目的。

十五、延时函数(dispatch_after)

dispatch_after能让我们添加进队列的任务延时执行,该函数并不是在指定时间后执行处理,而只是在指定时间追加处理到dispatch_queue

//第一个参数是time,第二个参数是dispatch_queue,第三个参数是要执行的block
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        
        NSLog(@"dispatch_after");
    });

由于其内部使用的是dispatch_time_t管理时间,而不是NSTimer。
所以如果在子线程中调用,相比performSelector:afterDelay,不用关心runloop是否开启

十六、使用dispatch_once实现单例

+ (instancetype)shareInstance {

    static dispatch_once_t onceToken;
    
    static id instance = nil;
    
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        
        instance = [[self alloc] init];
    });
    
    return instance;
}

十七、NSOperationQueue的优点

NSOperation、NSOperationQueue 是苹果提供给我们的一套多线程解决方案。实际上 NSOperation、NSOperationQueue 是基于 GCD 更高一层的封装,完全面向对象。但是比 GCD 更简单易用、代码可读性也更高。

1、可以添加任务依赖,方便控制执行顺序

2、可以设定操作执行的优先级

3、任务执行状态控制:isReady,isExecuting,isFinished,isCancelled

如果只是重写NSOperation的main方法,由底层控制变更任务执行及完成状态,以及任务退出
如果重写了NSOperation的start方法,自行控制任务状态
系统通过KVO的方式移除isFinished==YES的NSOperation

4、可以设置最大并发量

十八、NSOperation和NSOperationQueue

执行操作的意思,换句话说就是你在线程中执行的那段代码。
在 GCD 中是放在 block 中的。在 NSOperation 中,使用 NSOperation 子类 NSInvocationOperation、NSBlockOperation,或者自定义子类来封装操作。

这里的队列指操作队列,即用来存放操作的队列。不同于 GCD 中的调度队列 FIFO(先进先出)的原则。NSOperationQueue 对于添加到队列中的操作,首先进入准备就绪的状态(就绪状态取决于操作之间的依赖关系),然后进入就绪状态的操作的开始执行顺序(非结束执行顺序)由操作之间相对的优先级决定(优先级是操作对象自身的属性)。

操作队列通过设置最大并发操作数(maxConcurrentOperationCount)来控制并发、串行。

NSOperationQueue 为我们提供了两种不同类型的队列:主队列和自定义队列。主队列运行在主线程之上,而自定义队列在后台执行。

十九、NSThread+runloop实现常驻线程

NSThread在实际开发中比较常用到的场景就是去实现常驻线程。

首先常驻线程既然是常驻,那么我们可以用GCD实现一个单例来保存NSThread

+ (NSThread *)shareThread {
    
    static NSThread *shareThread = nil;
    
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        
        shareThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadTest) object:nil];

        [shareThread setName:@"threadTest"];
        
        [shareThread start];
    });
    
    return shareThread;
}

这样创建的thread就不会销毁了吗?

[self performSelector:@selector(test) onThread:[ViewController shareThread] withObject:nil waitUntilDone:NO];

- (void)test
{
    NSLog(@"test:%@", [NSThread currentThread]);
}

并没有打印,说明test方法没有被调用。
那么可以用runloop来让线程常驻

+ (NSThread *)shareThread {
    
    static NSThread *shareThread = nil;
    
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        
        shareThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadTest) object:nil];
        
        [shareThread setName:@"threadTest"];
        
        [shareThread start];
    });
    
    return shareThread;
}

+ (void)threadTest
{
    @autoreleasepool {
        
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        
        [runLoop run];
    }
}

这时候再去调用performSelector就有打印了。

二十、自旋锁与互斥锁

自旋锁:

是一种用于保护多线程共享资源的锁,与一般互斥锁(mutex)不同之处在于当自旋锁尝试获取锁时以忙等待(busy waiting)的形式不断地循环检查锁是否可用。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。
在多CPU的环境中,对持有锁较短的程序来说,使用自旋锁代替一般的互斥锁往往能够提高程序的性能。

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。

总结:

自旋锁会忙等: 所谓忙等,即在访问被锁资源时,调用者线程不会休眠,而是不停循环在那里,直到被锁资源释放锁。
互斥锁会休眠: 所谓休眠,即在访问被锁资源时,调用者线程会休眠,此时cpu可以调度其他线程工作。直到被锁资源释放锁。此时会唤醒休眠线程。
  
优缺点:

自旋锁的优点在于,因为自旋锁不会引起调用者睡眠,所以不会进行线程调度,CPU时间片轮转等耗时操作。所有如果能在很短的时间内获得锁,自旋锁的效率远高于互斥锁。

缺点在于,自旋锁一直占用CPU,他在未获得锁的情况下,一直运行--自旋,所以占用着CPU,如果不能在很短的时 间内获得锁,这无疑会使CPU效率降低。自旋锁不能实现递归调用。
  
自旋锁:atomic、OSSpinLock、dispatch_semaphore_t
互斥锁:pthread_mutex、@ synchronized、NSLock、NSConditionLock 、NSCondition、NSRecursiveLock

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