线程和进程

线程和进程的定义

线程：

• 线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务都在线程中执行
• 进程要想执行任务，必须得有线程，进程至少要有一条线程
• 程序启动会默认开启一条线程，这条线程被称为主线程或 UI 线程

进程：

• 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序
• 每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内
• 通过“活动监视器”可以查看 Mac 系统中所开启的进程

进程与线程的关系

地址空间:同一进程的线程共享本进程的地址空间，而进程之间则是独立的地址空间。
资源拥有:同一进程内的线程共享本进程的资源如内存、I/O、cpu等，但是进程之间的 资源是独立的。

1. 一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
2. 进程切换时，消耗的资源大，效率高。所以涉及到频繁的切换时，使用线程要好于进程。同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程不能用进程
3. 执行过程:每个独立的进程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是 线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
4. 线程是处理器调度的基本单位，但是进程不是。
5. 线程没有地址空间,线程包含在进程地址空间中

多线程的意义

优点:

• 能适当提高程序的执行效率
• 能适当提高资源的利用率(CPU，内存)
• 线程上的任务执行完成后，线程会自动销毁

缺点

• 开启线程需要占用一定的内存空间(默认情况下，每一个线程都占 512 KB)
• 如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能
• 线程越多，CPU 在调用线程上的开销就越大
• 程序设计更加复杂，比如线程间的通信、多线程的数据共享

多线程原理

时间片的概念：CPU在多个任务直接进行快速的切换，这个时间间隔就是时间片

• (单核CPU)同一时间，CPU 只能处理 1 个线程

  • 换言之，同一时间只有 1 个线程在执行

• 多线程同时执行:

  • 是 CPU 快速的在多个线程之间的切换
  • CPU 调度线程的时间足够快，就造成了多线程的“同时”执行的效果

• 如果线程数非常多

  • CPU 会在 N 个线程之间切换，消耗大量的 CPU 资源
  • 每个线程被调度的次数会降低，线程的执行效率降低

多线程技术方案

C与OC的桥接

• __bridge只做类型转换，但是不修改对象(内存)管理权;
• __bridge_retained(也可以使用CFBridgingRetain)将Objective-C的对象转换为 Core Foundation的对象，同时将对象(内存)的管理权交给我们，后续需要使用 CFRelease或者相关方法来释放对象;
• __bridge_transfer(也可以使用CFBridgingRelease)将Core Foundation的对象 转换为Objective-C的对象，同时将对象(内存)的管理权交给ARC。

线程生命周期

• 新建：new新建线程后，调用start后，并不会立即执行，而是进入就绪状态，等待CPU的调度。
• 运行：CPU调度当前线程，进入运行状态，开始执行任务。如果当前线程还在运行中，CPU从可调度池中调用其他线程，来执行此任务。
• 阻塞：运行中的任务，被调用sleep/等待同步锁时，会进入阻塞状态。所有线程都停止，等待sleep结束/获取同步锁，才会回到就绪状态。
• 死亡：运行中的任务，在任务执行完或被强制退出时，线程自动进入Dead销毁。

线程池

饱和策略

• AbortPolicy 直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻止系统正常运行
• CallerRunsPolicy 将任务回退到调用者
• DisOldestPolicy 丢掉等待最久的任务
• DisCardPolicy 直接丢弃任务

这四种拒绝策略均实现的RejectedExecutionHandler接口

多线程常见问题

1. 任务执行速度的影响因素有哪些

• cup 的调度情况
• 任务的复杂度
• 优先级
• 线程状态

2. 优先级翻转

在看优先级反转前先了解什么是IO密集型线程和CPU密集型线程。

• IO密集型线程：频繁等待的线程，等待的时候会让出时间片。
• CPU密集型线程：很少等待的线程，意味着长时间占用着 CPU。

IO密集型线程比CPU密集型线程更容易得到优先级提升。
特殊场景下，当多个优先级都比较高的CPU 密集型线程霸占了所有 CPU 资源，而此时优先级较低的 IO 密集型线程将持续等待，产生线程饿死的现象。当然，为了避免线程饿死，CPU会发挥调度作用去逐步提高被“冷落”线程的优先级（提高优先级不一定就会执行，有概率的问题），IO 密集型线程通常情况下比 CPU 密集型线程更容易获取到优先级提升。

3. 线程优先级影响因素

• 用户指定
• 根据等待的频繁度提升或者降低
• 长时间不执行会被提高优先级

自旋锁和互斥锁

在我们使用多线程的过程中会遇到一种现象，就是资源抢夺。

例如多窗口售票这个案例，假设现在有 1000 张票，窗口 1 售卖了一张还剩 999 张，但是窗口 2 并不能同步知道剩余票数，所以还是按照 1000 张去售票，这种情况就会出现问题。这个时候我们就需要借助加锁操作来解决这种问题。这里我们介绍两种锁，自旋锁与互斥锁。

互斥锁：

• 发现其他线程执行，当前线程休眠 (就绪状态) 一直在等打开 , 唤醒执行。
• 保证锁内代码，同一时间，只有一条线程能够执行。
• 互斥锁的锁定范围，应该尽量小，锁定范围越大，效率越差。

互斥锁参数：

• 能够加锁的任意NSObject对象。
• 锁对象要保证所有线程都能够访问。
• 如果代码只有一个地方需要加锁，大多都使用self，这样可以避免单独再创建一个锁对象。

自旋锁：

• 发现其他线程执行，当前线程询问 , 忙等，耗费性能比较高。自旋锁内容应尽可能小，保障尽快完成锁内任务。

互斥锁与自旋锁的区别：

• 互斥锁是被动等待代码触发，再上锁。被动触发，任务资源较大(执行耗时长)时，选择互斥锁。
• 自旋锁是主动轮循请求资源。所以自旋锁更消耗资源。要求立即执行，任务资源较小(执行耗时短)时，可选择自旋锁。

atomic 与 nonatomic

atomic：

• atomic 是原子属性，是为多线程开发准备的，是默认属性！
• 仅仅在属性的 setter 方法中，增加了锁(自旋锁)，能够保证同一时间，只有一条线程对属性进行写操作
• 同一时间 单(线程)写多(线程)读的线程处理技术

nonatomic:

• nonatomic是非原子属性
• 没有锁！性能高！

下面我们来看一下 atomic 的底层实现：

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
    if (offset == 0) {
        object_setClass(self, newValue);
        return;
    }

    id oldValue;
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);

    if (copy) {
        newValue = [newValue copyWithZone:nil];
    } else if (mutableCopy) {
        newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
    } else {
        if (*slot == newValue) return;
        newValue = objc_retain(newValue);
    }

    // 判断是否是 atomic 标识，是的话就添加锁操作
    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;        
        slotlock.unlock();
    }

    objc_release(oldValue);
}

在源码中我们可以看到 atomic 其实就是一个标识，底层根据 atomic 标识来判断是否加锁。