iOS多线程详解（一）--- 多线程基础

2017-03-17 本文已影响76人 WQ_UESTC

前言

最近想系统的研究下iOS上的多线程，就搜集了大量的资料，在这些资料的基础之上形成了这篇文章。一方面希望自己加深下印象，另外一方面也希望对他人提供一些帮助。由于本人水平有限，难免出现错误和疏漏之处，还请读者见谅。本篇文章主要参考了李明杰老师的教程和一些优秀的文章，再此深表感谢。

1、基本概念

进程
进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。例如，同时打开QQ和Xcode，系统就会分别启动2个进程。在MAC电脑上，可以通过活动监视器查看进程。

活动监视器.png
线程
一个进程想要执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1条线程）。线程是进程的基本执行单元，一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行。例如，使用网易云音乐播放音乐、使用迅雷下载电影等都需要在线程中进行。
主线程
处理UI，所有更新UI的操作都必须在主线程上执行。不要把耗时操作放在主线程，会卡界面。
线程的串行
一个线程中的任务的执行是串行的。如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务。也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务。
多线程
一个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务。进程类似于实际生活中的车间，而线程可以理解为车间中的工人。

2、线程的状态与生命周期

下图是线程状态示意图，从图中可以看出线程的生命周期是：新建-就绪-运行-阻塞-死亡

线程状态.png

下面分别阐述线程生命周期中的每一步

新建：实例化线程对象
就绪：向线程对象发送start消息，线程对象被加入可调度线程池等待CPU调度。
运行：CPU负责调度可调度线程池中线程的执行。线程执行完成之前，状态可能会在就绪和运行之间来回切换。就绪和运行之间的状态变化由CPU负责，程序员不能干预。
阻塞：当满足某个预定条件时，可以使用休眠或锁，阻塞线程执行。sleepForTimeInterval（休眠指定时长），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synthesized(self):（互斥锁）
死亡：正常死亡，线程执行完毕。非正常死亡，当满足某个条件后，在线程内部中止执行/在主线程中止线程对象。
线程的exit和cancel：
[NSThread exit]：一旦强行终止线程，后续的所有代码都不会被执行。
[thread cancek]：并不会直接取消线程，只是给线程对象添加isCancelled标记。

3、多线程的原理

在同一时间内，（单核）CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）。因此，多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）。如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象。
思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？
1、CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源
2、每条线程被调度执行的频次会降低（线程的执行效率降低）

4、多线程的优缺点

多线程的优点
1、能适当提高程序的执行效率
2、能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）
多线程的缺点
1、开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用1M，子线程占用512KB），如果开启大量的线程，会占用大量的内存，降低程序的性能
2、线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大
3、程序设计会更加复杂（比如线程之间的通信、多线程的数据共享）

5、多线程在iOS开发中的应用

什么是主线程
一个iOS程序运行后，默认会开启1条线程，称之为“主线程”或“UI线程”
主线程的主要作用
1、显示/刷新UI界面
2、处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）
主线程的使用注意
1、不要将比较耗时的操作放到主线程中，因为耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，给用户一种“卡”的坏体验。
2、将耗时操作放在子线程（后台线程、非主线程）中执行

6、多线程的四种解决方案

多线程的四种解决方案分别是：pthread，NSThread，GCD，NSOperation。
下图给出了这四种方案的解读和对比。

多线程的四种解决方案.png

7、线程安全问题

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。就好比几个人在同一时修改同一个表格，造成数据的错乱。

解决多线程安全问题的方法

方法一：互斥锁（同步锁）

@synchronized(锁对象) {
    // 需要锁定的代码
}

判断的时候锁对象要存在，如果代码中只有一个地方需要加锁，大多都使用self作为锁对象么这样可以避免单独再创建一个锁对象。
加了互斥锁的代码，当新的线程访问时，如果发现其他线程正在执行锁定的代码，新线程就会进入休眠。

方法二：自旋锁
加了自旋锁，当新线程访问代码时，如果发现有其他线程正在锁定代码，新线程就会用死循环的方式，一直等待锁定的代码执行完成。相当于不停尝试执行代码，比较消耗性能。
属性修饰atomic本身就有一把自旋锁。
下面说明了属性修饰nonatomic和atomic

nonatomic 非原子属性,同一时间可以有很多线程读和写
atomic 原子属性(线程安全)，保证同一时间只有一个线程能够写入(但是同一个时间多个线程都可以取值)，atomic 本身就有一把锁(自旋锁)
atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
nonatomic：非线程安全，不过效率更高，一般使用nonatomic

8、小结

本节主要介绍了多线程的基础知识，从下节开始介绍iOS多线程的具体使用。

参考资料：

1、李明杰老师的iOS视频教程
2、http://www.cocoachina.com/ios/20170707/19769.html