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本节介绍线程的一些基本知识，为了后续开启和iOS相关的线程内容。个人建议要深入学习线程的话，可以看一下《posix多线程程序设计》。本章节只是介绍我认为需要介绍的基本知识，包括后续章节主要都是和iOS开发相关的线程探索。

下面有一份苹果官方的线程文档，毕竟苹果也是要面子的人，线程这么重要的东西，肯定会有自己的官方文档的，你会发现，苹果的线程实现和pthread息息相关，但是个人不建议直接操控pthread，因为操控底层一般都是很"危险"的事情。

资料 : 苹果官方关于线程的文档。

一、线程基础

1. 什么是进程

进程的定义分为广义和狭义两种。

• 广义 : 进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次活动，是操作系统动态执行的基本单元，即是基本分配单元，又是基本执行单元。
• 狭义 ：进程是一个正在运行的程序实例。

说直白一点，仅以iOS的App为例，因为iOS是不支持多进程的，每个进程之间都是相互独立的，每个进程均在其专用的、受保护的内存空间上运行，拥有独立运行所需要的全部资源，所以你可以直接用进程的狭义定义理解，也就是 :

仅针对iOS来说，进程可以理解为一个正在运行的App。

2. 什么是线程

在计算机中，线程是一种能够实现某种功能的基本软件单元。而在iOS中，因为没有多进程App，我们可以具体化这句话 :

线程是进程的基本执行单元。是程序执行流的最小单元，一个进程的所有任务都在线程中执行。

3. iOS中的线程

(1).在iOS中，进程想要执行任务，必须至少拥有一条线程。
(2). iOS程序(进程)启动的时候，会默认开启一条线程，这就是我们常说的主线程。也有人叫它UI线程，负责处理UI事件，包括显示和刷新。

4. 线程和进程的关联与区别

• 地址空间 : 同一个进程的所有线程共享本进程的地址空间。
• 资源分配 : 同一个进程内的所有线程共享本进程的资源，例如:内存、I/O、CPU等。
• 基本单位 : 在iOS中，线程才是处理器调度的基本单位。

5. 多线程

5.1 为什么要多线程？

为了在执行任务的时候不延误其他任务的执行。加快任务的处理效率。

5.2 多线程的原理？

对于单核CPU来说，同一时间，CPU只能处理一个线程的任务，所以多线程的同时执行，其实只是单核CPU在单位时间里，多条线程之间快速的切换调度，造成了单核CPU多线程并行的假象。也有人叫它时间片轮转。

6. 多线程优缺点

这里就要知道在iOS中虽然多进程是不行的，但是多线程是非常普遍的。所以说优缺点的话，我们主要说的是多线程的优缺点。

优点 :

• 可以适当的提高程序的执行效率。
• 可以适当的提高资源的利用率，比如CPU、内存利用率。
• 线程上的任务执行完成后，线程是可以自动销毁的。

缺点 :

• 线程不够"健壮"。
  例如 : 对比多进程，进程crash后，会有保护模式，不会影响其他的进程。但是多线程如果crash了一个线程，整个进程都会崩溃。
• 开线程会占用一定的内存空间。
  例如 : 一般情况下，iOS系统中，主线程占有1M的栈区内存，其他的二级线程占有512K的栈区内存。
• 线程越多，CPU在调用线程的时候的性能开销越大。
  原因 : CPU在线程间切换是需要资源的，要调用的线程越多，切换越频繁，每条线程被调用的频次越低，线程里面的任务执行的就越差。想要保证执行效率，就要加大资源的开销，让人感官上感受不到执行效率的变差。
• 程序的设计更复杂。
  原因 : 多线程间的通信，多线程的数据共享。

7. 线程的生命周期

(1). 新建 : 首先，你要有一个线程，新建可以理解为创建一个线程的实例对象。

(2). 就绪 : 线程是能够运行的状态，并且被加入了可调度线程池，但是在等待CPU调度。可能因为刚刚启动、刚从阻塞中恢复、或者可能被其他线程抢占。

(3). 运行 : 线程正在执行任务，也就是被CPU调度了，在线程执行完任务之前，线程的状态可能在就绪和运行间发生多次切换，这个切换由CPU决定，不由我们管理。

(4). 阻塞 : 处于一种无法执行任务的状态。比如调用了sleep、等待同步锁(@synchronized)、从可调度线程池移出。

(5). 销毁 : 任务执行完毕，就可以退出了。也可以是满足某个条件后，在线程的内部或者主线程中手动终止线程的执行，从而退出线程。

线程绝大多数时间都处于它生命周期中的三个状态 : 就绪、运行、阻塞。

另外，在销毁的时候，有cancel和exit两种常见的方法，它们也是有区别的 :

• exit : 强行终止线程。后续的所有代码都不会执行。
• cancel : 不可以强行终止正在执行的线程。终止的也只是当前的线程。

来张图，看的清楚点，看看线程在其生命周期中都经历了什么。

图1.7.0.png

8. 线程池

这个就顾名思义了，线程池，就是拿来装线程的，一般情况下，以这种池作为概念的设计，都会存在三种容量大小 : 最大容量、核心容量、当前容量。

下面也是直接上图吧，文字表述容易乱掉，这个图就可以理解线程池的一个原理。

图1.8.0.png

四个缓存策略 :

1. Abort策略 : 这是饱和策略的默认策略。当线程池的大小已经和核心线程池大小一样大，并且工作队列已经饱和，工作队列中的线程也都在工作，那么当新的任务提交到线程的时候，直接抛出未检查异常，也就是RejectedExecutionExeception，该异常可由调用者捕获。
2. CallerRuns策略 : 这是饱和策略的调节策略，即不放弃任务也不抛出异常，而是将某些任务回退到调用者。
   它不会在线程池的线程中执行新的任务，而是在exector的线程中运行新的任务。
3. Discard策略 : 这是饱和策略中很直接的策略，直接抛弃新提交的任务。
4. DiscardOldest策略 : 抛弃最长时间都没执行的任务，也就是队列头上的任务，然后尝试提交新任务。(不适合工作队列为优先队列的场景)。

二、iOS中的多线程

在iOS开发中，多线程有4种大家常见的实现方案，其中以GCD最受官方推荐，以pthread使用最少，原因很简单，pthread是更底层的多线程实现方案，虽然可以有更多的自主性，但是容易引发问题。

1. 多线程方案

方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	1. 一套通用的多线程API; 2. 适用于Unix、Linux、Windows等系统; 3. 具有跨平台性、可移植性; 4. 使用难度较大。	C	程序员管理	极少使用
NSThread	1. 面向对象 2. 比pthread简单，直接操作线程对象	OC	程序员管理	较少使用
GCD	1. 苹果推荐，替代NSThread 2. 充分利用设备的多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	1. 基于GCD实现 2. 比GCD多一些简单实用的功能 3. 更加的面向对象	OC	自动管理	经常使用

2. 多线程方案举例

pthread要#import <pthread.h>

#pragma mark - pthread
- (void)jd_pthread
{
    //定义一个线程标识符，程序中使用线程标识符来表示线程
    pthread_t thread;
    
    /**
     创建线程 :
     int pthread_create(pthread_t _Nullable * _Nonnull __restrict,
                        const pthread_attr_t * _Nullable __restrict,
                        void * _Nullable (* _Nonnull)(void * _Nullable),
                        void * _Nullable __restrict);
     参数 :
       1. pthread_t *restrict            : 线程变量的指针
       2. const pthread_attr_t *restrict : 线程的属性
       3. void* (*)(void*)               : 线程中要执行的函数的起始地址
       4. void *restrict                 : 线程中要执行的函数的参数
     */
    pthread_create(&thread, NULL, jd_pthread_test, NULL);
    
    pthread_detach(thread);
    
}

void *jd_pthread_test(void *param)
{
    
    NSLog(@"jd_pthread_test : %@ --- %@", [NSThread currentThread],[NSThread mainThread]);
    
    return NULL;
}

#pragma mark - NSThread
- (void)jd_nsthread
{
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(thread_use_method:) toTarget:self withObject:@"jd_nsthread"];
}

#pragma mark - GCD
- (void)jd_gcd
{
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        [self thread_use_method:@"jd_gcd"];
    });
}

#pragma mark - NSOperation
- (void)jd_nsOperation
{
    NSOperationQueue *opqueue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [opqueue addOperationWithBlock:^{
        [self thread_use_method:@"jd_nsOperation"];
    }];
}

#pragma mark - 线程调用的方法
- (void)thread_use_method:(NSString *)name
{
    NSLog(@"%@ : %@ --- %@", name, [NSThread currentThread],[NSThread mainThread]);
}

三、线程间的通信

iOS在Threading Programming Guide官方文档里面提及了Communication mechanisms也就是通信机制，一共展示了7种线程间通信机制 :

图1.0.0.png

下面一一的翻译介绍一下 :

通信机制	描述
直接消息传递	Cocoa应用程序支持直接在其他线程上执行方法。 这意味着一个线程可以直接在其他任何的线程上执行一个方法。 因为方法是在目标线程的上下文执行的，所以以这种方式通信发送的消息会自动在该线程上自动化。
全局变量、 共享内存、 对象	在两个线程间通信，另一种简单的方法就是通过全局变量、共享内存块、对象。 这种方法快速而简单，但是对比直接消息传递更脆弱。必须使用锁或者其他同步机制保护共享的变量，确保代码的正确。 如果不这样做的话，可能会引发竞态条件、损坏数据甚至崩溃。
Conditions	Conditions是一种同步工具，本身是一种特殊类型的锁。 使用Conditions可以控制线程中特定代码的执行时间。 可以把Conditions看作一个守卫，只有条件满足了，才允许线程运行。
Run loop sources	通过自定义Runloop source的配置，可以用来让线程接收特定消息。 由于Runloop source是依靠事件来驱动的，所以Runloop source在无事可做的时候，会让线程进入自动休眠状态，这也提高了线程的效率。
Ports and sockets	基于端口的通信是两个线程之间更复杂的一种通信方法，但是它更可靠。 端口和套接字还可以用于与其他进程和服务通信。 为了提高效率，端口是通过Runloop source实现的，所以端口上没有数据的时候，也会让线程进入休眠状态。
消息队列	传统的多进程服务定义了FIFO抽象队列，用来管理消息的传入和传出。 消息队列优点是简单方便。 缺点是没有其他通信机制的高效率。
Cocoa分布式对象	基于Cocoa的分布式对象，它提供了基于端口通信的高级实现，可以作用于线程间通信。但是资源开销大。 可以尝试用它做进程间通信，而不是线程间通信。

注: 一个小问题

Q : 苹果，应该说iOS为什么不像安卓一样可以多进程，使用多进程通讯？

A :
(1). 因为进程之间的切换，消耗的资源非常的大，虽然效率是蛮高的。

(2). 另外在设计方面，苹果的沙盒使得资源更加的安全，隐私性更加的好，别的App很难拿到另外的App的内容，这也是为什么iOS相比安卓更加流畅的原因之一。

(3). 这是个人猜想，苹果应该是认为iOS已经做到了非常大的优化和高效率了，没有必要给开发人员那么大的权限去切换进程玩，因为多进程意味着你对别的应用程序的骚扰性和影响都很大。