底层-多线程
2020-01-10 本文已影响0人
Stago
iOS中的常见多线程方案
GCD的常用函数
- 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)
- 用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
- queue：队列
- block：任务
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）
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
各种队列的执行效果
-
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）
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
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
多线程安全隐患示例01 – 存钱取钱
多线程安全隐患示例02 – 卖票
多线程安全隐患分析
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
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
GNUstep
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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
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虽然GNUstep不是苹果官方源码，但还是具有一定的参考价值
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
优先级低的线程就无法释放锁
需要导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>
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>
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>
pthread_mutex – 递归锁
pthread_mutex – 条件
NSLock、NSRecursiveLock
-
NSLock是对mutex普通锁的封装
- NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装，API跟NSLock基本一致
NSCondition
-
NSCondition是对mutex和cond的封装
NSConditionLock
-
NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装，可以设置具体的条件值
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
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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
dispatch_queue
-
直接使用GCD的串行队列，也是可以实现线程同步的
@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
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
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
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
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
pthread_rwlock
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等待锁的线程会进入休眠
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
