iOS开发多线程的那些坑
在平时iOS开发工作中，我们经常会用到系统提供的方法来使用多线程技术开发App，期望可以充分利用硬件资源来提高 App 的运行效率。但是，我们不禁会想到，像UIKit这样的前端框架并没有使用多线程技术。AFNetworking 2.0（网络框架）、FMDB（第三方数据库框架）这些用得最多的基础库，使用多线程技术时也非常谨慎。
UIKit不是线程安全的，一定要在主线程去刷新UI。
在 AFNetworking 2.0 中，把每个请求都封装成了单独的NSOperationQueue，再由NSOperationQueue根据当前的CPU数量和系统负载来控制并发。那么，为什么 AFNetworking 2.0 没有为每个请求创建一个线程，只是创建了一个线程，用来接收NSOperationQueue的回调。
FMDB只通过FMDatabaseQueue开启了一个线程队列，来串行地操作数据库。
原因就是多线程技术有坑。特别是 UIKit 干脆就做成了线程不安全，只能在主线程上操作。
我们使用多线程技术之前要了解这些坑
写 UIKit、AFNetworking、FMDB 这些库的“大神”们，并不是解决不了多线程技术可能会带来的问题，而相反正是因为他们非常清楚这些可能存在的问题，所以为避免使用者滥用多线程，亦或是出于性能考虑，而选择了使用单一线程来保证这些基础库的稳定可用。
虽然有坑，但是多线程技术还是有很多适用场景的。就比如说，在需要快速进行多个任务计算的场景里，多线程技术确实能够明显提高单位时间内的计算效率。
以照片处理为例，当选择一张照片后，你希望能够看到不同滤镜处理后的效果。如果这些效果图都是在一个队列里串行处理的话，那么你就得等着这些滤镜一个一个地来处理。这么做的话，不仅会影响用户体验，也没能充分利用硬件资源，可以说是把高端手机当作低端机来用了。换句话说就是，用户花大价钱升级了手机硬件，操作App的体验却没有得到提升。
所以，我们不能因为多线程技术有坑就不去用，正确的方法应该是更多地去了解多线程会有哪些问题，如果我们能够事先预见到那些问题的话，那么避免这些问题的发生也就不在话下了。
接下来我们看下多线程的坑。
常驻线程
常驻线程，指的就是那些不会停止，一直存在于内存中的线程。我们在文章开始部分，说到的AFNetworking 2.0 专门创建了一个线程来接收 NSOperationQueue 的回调，这个线程其实就是一个常驻线程。接下来，我们就看看常驻线程这个问题是如何引起的，以及是否有对应的解决方案。
我们先通过 AFNetworking 2.0 创建常驻线程的代码
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
@autoreleasepool {
// 先用 NSThread 创建了一个线程
[[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
// 使用 run 方法添加 runloop
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[runLoop run];
}
}
如代码所示，AFNetworking 2.0 先用 NSThread 创建了一个线程，并使用 NSRunLoop 的 run 方法给这个新线程添加了一个 runloop。
通过NSRunLoop添加runloop的方法有三个：
- run方法。通过 run 方法添加的 runloop ，会不断地重复调用runMode:beforeDate: 方法，来保证自己不会停止。
- runUntilDate: 和 runMode:beforeDate 方法。这两个方法添加的runloop，可以通过指定时间来停止 runloop。
常驻线程创建起来很简单，但是常驻线程不能随便创建，创建的多了，不但不能提高CPU的利用率，反而会降低程序的执行效率。也就是说，这样做的话，就不是充分利用而是浪费CPU 资源了。
AFNetworking 2.0创建常驻线程的原因是使用了NSURLConnection，而NSURLConnection的设计上存在些缺陷，AFNetworking 2.0也是不得已而为之。
NSURLConnection 发起请求后，所在的线程需要一直存活，以等待接收 NSURLConnectionDelegate回调方法。但是，网络返回的时间不确定，所以这个线程就需要一直常驻在内存中。当然也可以选择在主线程中去处理，但是主线程还要处理大量的UI 和交互工作，为了减少对主线程的影响，所以AFNetworking 2.0 就新建了一个常驻线程，用来处理所有的请求和回调。AFNetworking 2.0的线程设计如下：
AFNetworking 2.0线程设计.png
正是因为NSURLConnection 的请求必须要有一个一直存活的线程来接收回调，AFNetworking 2.0 才创建一个常驻线程。虽然说，在一个 App 里网络请求这个动作的占比很高，但也有很多不需要网络的场景，所以线程一直常驻在内存中，也是不合理的。
在AFNetworking 在3.0版本时，使用苹果公司新推出的 NSURLSession 替换了 NSURLConnection，从而避免了常驻线程这个坑。NSURLSession 可以指定回调 NSOperationQueue，这样请求就不需要让线程一直常驻在内存里去等待回调了。实现代码如下：
self.operationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];
self.operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 1;
self.session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:self.sessionConfiguration delegate:self delegateQueue:self.operationQueue];
NSURLSession发起的请求，可以指定回调的delegateQueue，不再需要在当前线程进行代理方法的回调。所以说，NSURLSession 解决了 NSURLConnection 的线程回调问题。
可见，AFNetworking 2.0 使用常驻线程也是无奈之举，一旦有方案能够替代常驻线程，它就会毫不犹豫地废弃常驻线程。我们没有理由去使用常驻线程。即使确实需要保活线程一段时间的话，可以选择使用 NSRunLoop 的另外两个方法 runUntilDate: 和 runMode:beforeDate，来指定线程的保活时长。让线程存活时间可预期，总比让线程常驻，至少在硬件资源利用率这点上要更加合理。或者，可以使用 CFRunLoopRef 的 CFRunLoopRun 和 CFRunLoopStop 方法来完成 runloop 的开启和停止，达到将线程保活一段时间的目的。
并发
并发是多线程技术的第二个大坑。
在iOS 并发编程技术中，GCD的使用率是最高的。
GCD（Grand Central Dispatch）是由苹果公司开发的一个多核编程解决方案。它提供的一套简单易用的接口，极大地方便了并发编程。同时，它还可以完成对复杂的线程创建、释放时机的管理。但是，GCD带来这些便利的同时，也带来了资源使用上的风险。
例如，在进行数据读写操作时，总是需要一段时间来等待磁盘响应的，如果在这个时候通过 GCD 发起了一个任务，那么GCD就会本着最大化利用 CPU的原则，会在等待磁盘响应的这个空档，再创建一个新线程来保证能够充分利用 CPU。
而如果GCD发起的这些新任务，都是类似于数据存储这样需要等待磁盘响应的任务的话，那么随着任务数量的增加，GCD 创建的新线程就会越来越多，从而导致内存资源越来越紧张，等到磁盘开始响应后，再读取数据又会占用更多的内存。结果就是，失控的内存占用会引起更多的内存问题。
这种情况最典型的场景就是数据库读写操作。FMDB是一个开源的第三方数据库框架，通过FMDatabaseQueue 这个核心类，将与读写数据库相关的磁盘操作都放到一个串行队列里执行，从而避免了线程创建过多导致系统资源紧张的情况。
当然如果项目里并发量不大，也可以使用FMDatabase。FMDatabaseQueue的使用很简单，代码如下：
FMDatabaseQueue *queue = [FMDatabaseQueue databaseQueueWithPath:self.feedDBPath];
[queue inDatabase:^(FMDatabase *db) {
FMResultSet *rs = [FMResultSet new];
// 读取文章数据
if (fid == 0) {
rs = [db executeQuery:@"select * from feeditem where isread = ? and iid >= ? order by iid desc", @(0), @(iid)];
} else {
rs = [db executeQuery:@"select * from feeditem where isread = ? and iid >= ? and fid = ? order by iid desc", @(0), @(iid), @(fid)];
}
NSUInteger count = 0;
while ([rs next]) {
count++;
}
// 更新文章状态为已读
if (fid == 0) {
[db executeUpdate:@"update feeditem set isread = ? where iid >= ?", @(1), @(iid)];
} else {
[db executeUpdate:@"update feeditem set isread = ? where iid >= ? and fid = ?", @(1), @(iid), @(fid)];
}
[subscriber sendNext:@(count)];
[subscriber sendCompleted];
[db close];
}];
总的来说，类似数据库这种需要频繁读写磁盘操作的任务，尽量使用串行队列来管理，避免因为多线程并发而出现内存问题。
同样并发还会造成内存问题，创建线程的过程，需要用到物理内存，CPU 也会消耗时间。而且，新建一个线程，系统还需要为这个进程空间分配一定的内存作为线程堆栈。堆栈大小是 4KB 的倍数。在iOS 开发中，主线程堆栈大小是 1MB，新创建的子线程堆栈大小是 512KB。
除了内存开销外，线程创建得多了，CPU 在切换线程上下文时，还会更新寄存器，更新寄存器的时候需要寻址，而寻址的过程还会有较大的 CPU 消耗。
所以，线程过多时内存和 CPU 都会有大量的消耗，从而导致App 整体性能降低，使得用户体验变成差。CPU 和内存的使用超出系统限制时，甚至会造成系统强杀。这种情况对用户和App的伤害就更大了。
