iOS开发(12)多线程

一、多线程

1、iOS中的常见多线程方案

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2、GCD的常用函数
a) 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

/*!
 * @function dispatch_sync
 *
 * @abstract
 * Submits a block for synchronous execution on a dispatch queue.
 *
 * @discussion
 * Submits a workitem to a dispatch queue like dispatch_async(), however
 * dispatch_sync() will not return until the workitem has finished.
 */

void
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, DISPATCH_NOESCAPE dispatch_block_t block);

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

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

3、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）

4、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

5、各种队列的执行效果

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• 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）

6、队列组的使用

• 思考：如何用gcd实现以下功能
  异步并发执行任务1、任务2
  等任务1、任务2都执行完毕后，再回到主线程执行任务3

  
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二、线程同步

1、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

2、多线程安全隐患示例01 – 存钱取钱

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3、多线程安全隐患示例02 – 卖票

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4、多线程安全隐患分析

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5、多线程安全隐患的解决方案

• 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

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三、线程同步方案

1、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

2、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

3、OSSpinLock

• OSSpinLock叫做”自旋锁”，等待锁的线程会处于忙等（busy-wait）状态，一直占用着CPU资源

• 目前已经不再安全，可能会出现优先级反转问题
  如果等待锁的线程优先级较高，它会一直占用着CPU资源，优先级低的线程就无法释放锁
  需要导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>

  
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4、os_unfair_lock

• os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ，从iOS10开始才支持
• 从底层调用看，等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态，并非忙等
• 需要导入头文件#import <os/lock.h>

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5、pthread_mutex

• mutex叫做”互斥锁”，等待锁的线程会处于休眠状态

• 需要导入头文件#import <pthread.h>

  
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pthread_mutex – 递归锁

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pthread_mutex – 条件

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6、NSLock、NSRecursiveLock

• NSLock是对mutex普通锁的封装

  
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• NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致

7、NSCondition

• NSCondition是对mutex和cond的封装

  
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8、NSConditionLock

• NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值

  
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9、dispatch_semaphore

• semaphore叫做”信号量”
• 信号量的初始值，可以用来控制线程并发访问的最大数量

• 信号量的初始值为1，代表同时只允许1条线程访问资源，保证线程同步

  
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10、dispatch_queue

• 直接使用GCD的串行队列，也是可以实现线程同步的

  
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11、@synchronized

• @synchronized是对mutex递归锁的封装
• 源码查看：objc4中的objc-sync.mm文件
• @synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作

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12、iOS线程同步方案性能比较

• 性能从高到低排序
  os_unfair_lock
  OSSpinLock
  dispatch_semaphore
  pthread_mutex
  dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
  NSLock
  NSCondition
  pthread_mutex(recursive)
  NSRecursiveLock
  NSConditionLock
  @synchronized

13、自旋锁、互斥锁比较

• 什么情况使用自旋锁比较划算？
  预计线程等待锁的时间很短
  加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生
  CPU资源不紧张
  多核处理器

• 什么情况使用互斥锁比较划算？
  预计线程等待锁的时间较长
  单核处理器
  临界区有IO操作
  临界区代码复杂或者循环量大
  临界区竞争非常激烈

14、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

15、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

16、pthread_rwlock

• 等待锁的线程会进入休眠

  
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17、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

  
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面试题

1、你理解的多线程？

2、iOS的多线程方案有哪几种？你更倾向于哪一种？

3、你在项目中用过 GCD 吗？

4、GCD 的队列类型

5、说一下 OperationQueue 和 GCD 的区别，以及各自的优势

6、线程安全的处理手段有哪些？

7、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！

8、请问下面代码的打印结果是什么？

11.png

打印结果是：1、3
原因
performSelector:withObject:afterDelay:的本质是往Runloop中添加定时器
子线程默认没有启动Runloop

9、请问下面代码的打印结果是什么？

12.png

打印1，然后程序崩溃。

解决方案:在block里面启动runloop

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"1");
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
    }];
    [thread start];
    
    [self performSelector:@selector(test) onThread:thread withObject:nil waitUntilDone:YES];

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