一碎浇、多線程的基本概念

進(jìn)程：可以理解成一個(gè)運(yùn)行中的應(yīng)用程序，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位璃俗。

線程：是進(jìn)程的基本執(zhí)行單元奴璃，一個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)多個(gè)線程。

主線程：處理UI城豁，所有更新UI的操作都必須在主線程上執(zhí)行苟穆。不要把耗時(shí)操作放在主線程，會(huì)卡界面。

多線程：在同一時(shí)刻雳旅，一個(gè)CPU只能處理1條線程跟磨，但CPU可以在多條線程之間快速的切換，只要切換的足夠快攒盈，就造成了多線程一同執(zhí)行的假象抵拘。

線程就像火車的一節(jié)車廂，進(jìn)程則是火車型豁。車廂（線程）離開火車（進(jìn)程）是無法跑動(dòng)的僵蛛，而火車（進(jìn)程）至少有一節(jié)車廂（主線程）。多線程可以看做多個(gè)車廂迎变，它的出現(xiàn)是為了提高效率充尉。

多線程是通過提高資源使用率來提高系統(tǒng)總體的效率。
我們運(yùn)用多線程的目的是：將耗時(shí)的操作放在后臺(tái)執(zhí)行衣形！

并發(fā)與并行：《并發(fā)的藝術(shù)》中大概是這樣寫的驼侠，系統(tǒng)中有多個(gè)任務(wù)同時(shí)存在可稱之為“并發(fā)”，系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行可稱之為“并行”谆吴；并發(fā)是并行的子集倒源。比如在單核CPU系統(tǒng)上，只可能存在并發(fā)而不可能存在并行句狼。

二笋熬、線程的狀態(tài)與生命周期

下面分別闡述線程生命周期中的每一步

新建：實(shí)例化線程對(duì)象

就緒：向線程對(duì)象發(fā)送start消息，線程對(duì)象被加入可調(diào)度線程池等待CPU調(diào)度鲜锚。

運(yùn)行：CPU 負(fù)責(zé)調(diào)度可調(diào)度線程池中線程的執(zhí)行。線程執(zhí)行完成之前苫拍，狀態(tài)可能會(huì)在就緒和運(yùn)行之間來回切換芜繁。就緒和運(yùn)行之間的狀態(tài)變化由CPU負(fù)責(zé)，程序員不能干預(yù)绒极。

阻塞：當(dāng)滿足某個(gè)預(yù)定條件時(shí)骏令，可以使用休眠或鎖，阻塞線程執(zhí)行垄提。sleepForTimeInterval（休眠指定時(shí)長）榔袋，sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥鎖）铡俐。

死亡：正常死亡凰兑，線程執(zhí)行完畢。非正常死亡审丘，當(dāng)滿足某個(gè)條件后吏够，在線程內(nèi)部中止執(zhí)行/在主線程中止線程對(duì)象

還有線程的exit和cancel

[NSThread exit]：一旦強(qiáng)行終止線程，后續(xù)的所有代碼都不會(huì)被執(zhí)行。

[thread cancel]取消：并不會(huì)直接取消線程锅知，只是給線程對(duì)象添加 isCancelled 標(biāo)記播急。

三、多線程的四種解決方案

多線程的四種解決方案分別是：pthread（不常用）售睹，NSThread桩警，GCD， NSOperation昌妹。

1捶枢、NSThread

// 創(chuàng)建線程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@""];

// 線程啟動(dòng)，事情做完了才會(huì)死捺宗， 一個(gè)NSThread對(duì)象就代表一條線程
[thread start];

//判斷是否是主線程
[NSThread isMainThread]

優(yōu)點(diǎn)：輕量級(jí)柱蟀，簡單易用，可以直接操作線程對(duì)象
缺點(diǎn): 需要自己管理線程的生命周期蚜厉、線程同步(NSLock加鎖進(jìn)行同步操作)长已。線程同步對(duì)數(shù)據(jù)的加鎖會(huì)有一定的系統(tǒng)開銷。

2昼牛、NSOperation

NSOperation是基于GCD的更高一層封裝术瓮，NSOperation需要配合NSOperationQueue來實(shí)現(xiàn)多線程。

兩種隊(duì)列

NSOperationQueue只有兩種隊(duì)列：主隊(duì)列贰健、其他隊(duì)列胞四。非主隊(duì)列（其他隊(duì)列）可以實(shí)現(xiàn)串行或并行。

主隊(duì)列的創(chuàng)建如下伶椿，主隊(duì)列上的任務(wù)是在主線程執(zhí)行的辜伟。

NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue];

其他隊(duì)列（非主隊(duì)列）的創(chuàng)建如下，加入到‘非隊(duì)列’中的任務(wù)默認(rèn)就是并發(fā)脊另，開啟多線程导狡。

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

注意：

非主隊(duì)列（其他隊(duì)列）可以實(shí)現(xiàn)串行或并行。

隊(duì)列NSOperationQueue有一個(gè)參數(shù)叫做最大并發(fā)數(shù)：maxConcurrentOperationCount偎痛。

maxConcurrentOperationCount默認(rèn)為-1旱捧，直接并發(fā)執(zhí)行，所以加入到‘非隊(duì)列’中的任務(wù)默認(rèn)就是并發(fā)踩麦，開啟多線程枚赡。

當(dāng)maxConcurrentOperationCount為1時(shí)，則表示不開線程谓谦，也就是串行贫橙。

當(dāng)maxConcurrentOperationCount大于1時(shí)，進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行反粥。

系統(tǒng)對(duì)最大并發(fā)數(shù)有一個(gè)限制料皇，所以即使把maxConcurrentOperationCount設(shè)置的很大谓松，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)調(diào)整。所以把最大并發(fā)數(shù)設(shè)置的很大是沒有意義的践剂。

子類

NSOperation是個(gè)抽象類鬼譬，實(shí)際運(yùn)用時(shí)中需要使用它的子類有三種方式：

使用子類NSInvocationOperation

使用子類NSBlockOperation

定義繼承自NSOperation的子類，通過實(shí)現(xiàn)內(nèi)部相應(yīng)的方法來封裝任務(wù)逊脯。

- (void)testOperationQueue {

    // 創(chuàng)建隊(duì)列优质，默認(rèn)并發(fā)

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 創(chuàng)建操作，NSInvocationOperation

    NSInvocationOperation *invocationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationOperationAddOperation) object:nil];

    // 創(chuàng)建操作军洼，NSBlockOperation

    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

        for (int i = 0; i < 3; i++) {

            NSLog(@"addOperation把任務(wù)添加到隊(duì)列======%@", [NSThread currentThread]);

        }

    }];

    [queue addOperation:invocationOperation];

    [queue addOperation:blockOperation];

}

- (void)invocationOperationAddOperation {

    NSLog(@"invocationOperation===aaddOperation把任務(wù)添加到隊(duì)列====%@", [NSThread currentThread]);

}

運(yùn)行結(jié)果如下巩螃，可以看出，任務(wù)都是在子線程執(zhí)行的匕争，開啟了新線程避乏！

依賴屬性

它有一個(gè)依賴屬性，某一個(gè)操作（operationB）依賴于另一個(gè)操作（operationA）甘桑，只有當(dāng)operationA執(zhí)行完畢拍皮，才能執(zhí)行operationB。

  [operationB addDependency:operationA];

取消/暫停/恢復(fù)操作

- (void)cancelAllOperations; 可以取消隊(duì)列的所有操作跑杭。
- (BOOL)isSuspended; 判斷隊(duì)列是否處于暫停狀態(tài)铆帽。 YES 為暫停狀態(tài)，NO 為恢復(fù)狀態(tài)德谅。
- (void)setSuspended:(BOOL)b; 可設(shè)置操作的暫停和恢復(fù)爹橱，YES 代表暫停隊(duì)列，NO 代表恢復(fù)隊(duì)列窄做。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：不需要關(guān)心線程管理愧驱，數(shù)據(jù)同步的事情，可以把精力放在要執(zhí)行的操作上椭盏∽檠猓基于GCD，是對(duì)GCD 的封裝庸汗，比GCD更加面向?qū)ο蟊谷贰peration 之間添加依賴關(guān)系手报、取消一個(gè)正在執(zhí)行的 operation 蚯舱、暫停和恢復(fù) operation queue 等
缺點(diǎn): NSOperation是個(gè)抽象類，使用它必須使用它的子類

3掩蛤、GCD

GCD全稱Grand Central Dispatch枉昏，是非常常用的多線程解決方式，核心是dispatch隊(duì)列揍鸟，把需要處理的任務(wù)放到dispatch block中兄裂。GCD 管理著一個(gè)線程池句旱， 決定著dispatch block代碼塊將在哪個(gè)線程被執(zhí)行，并且對(duì)這些線程進(jìn)行管理晰奖，來緩解大量線程被創(chuàng)建的問題谈撒。

GCD的基本概念

同步（sync）：任務(wù)一個(gè)接著一個(gè)，前一個(gè)沒有執(zhí)行完匾南，后面不能執(zhí)行啃匿，不開線程。

異步（async）：開啟多個(gè)新線程蛆楞，任務(wù)同一時(shí)間可以一起執(zhí)行溯乒。異步是多線程的代名詞

最大的區(qū)別在于，同步線程要阻塞當(dāng)前線程豹爹，必須要等待同步線程中的任務(wù)執(zhí)行完裆悄，返回以后，才能繼續(xù)執(zhí)行下一任務(wù)臂聋；而異步線程則是不用等待光稼。

阻塞一般是指：在調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)被掛起逻住。調(diào)用線程只有在得到結(jié)果之后才會(huì)被喚醒執(zhí)行后續(xù)的操作钟哥。

隊(duì)列：裝載線程任務(wù)的隊(duì)形結(jié)構(gòu)。(系統(tǒng)以先進(jìn)先出的方式調(diào)度隊(duì)列中的任務(wù)執(zhí)行)瞎访。在GCD中有兩種隊(duì)列：串行隊(duì)列和并發(fā)隊(duì)列腻贰。

并發(fā)隊(duì)列Concurrent Dispatch Queue：線程可以同時(shí)一起進(jìn)行執(zhí)行。實(shí)際上是CPU在多條線程之間快速的切換扒秸。（并發(fā)功能只有在異步（dispatch_async）函數(shù)下才有效）

串行隊(duì)列Serial Dispatch Queue：線程只能依次有序的執(zhí)行播演。

主隊(duì)列的任務(wù)一定在主線程中執(zhí)行

主線程可以執(zhí)行主隊(duì)列之外其他隊(duì)列的任務(wù).

串行與并行針對(duì)的是隊(duì)列，而同步與異步伴奥，針對(duì)的則是線程写烤。

GCD中的三種隊(duì)列類型

The main queue（主線程串行隊(duì)列): 與主線程功能相同，提交至Main queue的任務(wù)會(huì)在主線程中執(zhí)行拾徙，

Main queue 可以通過dispatch_get_main_queue()來獲取洲炊。

Global queue（全局并發(fā)隊(duì)列): 全局并發(fā)隊(duì)列由整個(gè)進(jìn)程共享，有高尼啡、中（默認(rèn)）暂衡、低、后臺(tái)四個(gè)優(yōu)先級(jí)別崖瞭。

Global queue 可以通過調(diào)用dispatch_get_global_queue函數(shù)來獲瓤癯病（可以設(shè)置優(yōu)先級(jí)）

    全局隊(duì)列的底層是一個(gè)線程池，向全局隊(duì)列中提交的 block书聚，都會(huì)被放到這個(gè)線程池中執(zhí)行唧领，如果線程池已滿藻雌，后續(xù)再提交 block 就不會(huì)再重新創(chuàng)建線程。等待前面的任務(wù)執(zhí)行完成斩个，才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行胯杭。如果線程池中的線程長時(shí)間不結(jié)束，后續(xù)堆積的任務(wù)會(huì)越來越多受啥，此時(shí)就會(huì)存在 APP crash的風(fēng)險(xiǎn)歉摧。

Group queue (隊(duì)列組)：將多線程進(jìn)行分組，最大的好處是可獲知所有線程的完成情況腔呜。

Group queue 可以通過調(diào)用dispatch_group_create()來獲取叁温，通過dispatch_group_notify,可以直接監(jiān)聽組里所有線程完成情況。

GCD的使用

1核畴、串行同步：當(dāng)前線程順序執(zhí)行膝但；

2、串行異步：分線程順序執(zhí)行谤草；

3跟束、并發(fā)同步：當(dāng)前線程順序執(zhí)行；

4丑孩、并發(fā)異步：分線程無序執(zhí)行冀宴；

5、主隊(duì)列同步： 死鎖温学，程序崩潰略贮；

(參考)http://ios.jobbole.com/82622/

6、主隊(duì)列異步：主線程順序執(zhí)行仗岖。

開發(fā)中關(guān)于gcd的運(yùn)用：

1逃延、開發(fā)中需要在主線程上進(jìn)行UI的相關(guān)操作，通常會(huì)把一些耗時(shí)的操作放在其他線程轧拄，比如說圖片文件下載等耗時(shí)操作揽祥。

2、GCD延時(shí)執(zhí)行

當(dāng)需要等待一會(huì)再執(zhí)行一段代碼時(shí)檩电，就可以用到這個(gè)方法了：dispatch_after拄丰。

3、GCD實(shí)現(xiàn)代碼只執(zhí)行一次

使用dispatch_once能保證某段代碼在程序運(yùn)行過程中只被執(zhí)行1次俐末×习矗可以用來設(shè)計(jì)單例。

4鹅搪、GCD隊(duì)列組

異步執(zhí)行幾個(gè)耗時(shí)操作站绪，當(dāng)這幾個(gè)操作都完成之后再回到主線程進(jìn)行操作遭铺，就可以用到隊(duì)列組了丽柿。隊(duì)列組有下面幾個(gè)特點(diǎn)：

所有的任務(wù)會(huì)并發(fā)的執(zhí)行(不按序)恢准。

所有的異步函數(shù)都添加到隊(duì)列中，然后再納入隊(duì)列組的監(jiān)聽范圍甫题。

使用dispatch_group_notify函數(shù)馁筐，來監(jiān)聽上面的任務(wù)是否完成，如果完成, 就會(huì)調(diào)用這個(gè)方法坠非。

優(yōu)點(diǎn)：輕量級(jí)的多線程解決方法敏沉，簡單易用，效率高炎码，速度快盟迟，基于C語言，更底層更高效潦闲，自動(dòng)管理線程生命周期（創(chuàng)建線程攒菠、調(diào)度任務(wù)、銷毀線程）歉闰。
缺點(diǎn): 1辖众、使用GCD的場景如果很復(fù)雜，就有非常大的可能遇到死鎖問題和敬。
2凹炸、如果想要給任務(wù)之間添加依賴關(guān)系、取消或者暫停一個(gè)正在執(zhí)行的任務(wù)時(shí)就會(huì)變得非常棘手

四昼弟、多線程安全

其實(shí)是多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)內(nèi)存區(qū)域出現(xiàn)的安全問題啤它。

解決多線程安全問題的方法 ：

一：互斥鎖@synchronized(鎖對(duì)象)

防止不同的線程同時(shí)獲取相同的鎖 。當(dāng)新線程訪問時(shí)舱痘，如果發(fā)現(xiàn)其他線程正在執(zhí)行鎖定的代碼蚕键，新線程就會(huì)進(jìn)入休眠。

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

        @synchronized(obj) {

            NSLog(@"需要線程同步的操作1 開始");

            sleep(3);

            NSLog(@"需要線程同步的操作1 結(jié)束");

        }

    });

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

        sleep(1);

        @synchronized(obj) {

            NSLog(@"需要線程同步的操作2");

        }

    });

@synchronized(obj)指令使用的obj為該鎖的唯一標(biāo)識(shí)衰粹，只有當(dāng)標(biāo)識(shí)相同時(shí)锣光，才滿足互斥，如果線程2中的@synchronized(obj)改為@synchronized(self),線程2就不會(huì)被阻塞铝耻，@synchronized指令實(shí)現(xiàn)鎖的優(yōu)點(diǎn)就是我們不需要在代碼中顯式的創(chuàng)建鎖對(duì)象誊爹，便可以實(shí)現(xiàn)鎖的機(jī)制，但作為一種預(yù)防措施瓢捉，@synchronized塊會(huì)隱式的添加一個(gè)異常處理來保護(hù)代碼频丘，它會(huì)在異常拋出的時(shí)候自動(dòng)的釋放互斥鎖。

@synchronized（obj） block 會(huì)變成 objc_sync_enter 和 objc_sync_exit 的成對(duì)兒調(diào)用泡态。 調(diào)用 objc_sync_enter(obj) 時(shí)搂漠，它用 obj 內(nèi)存地址的哈希值查找合適的 SyncData，然后將其上鎖某弦。當(dāng)你調(diào)用 objc_sync_exit(obj) 時(shí)桐汤，它查找合適的 SyncData 并將其解鎖而克。

方法二：自旋鎖

加了自旋鎖，當(dāng)新線程訪問代碼時(shí)怔毛，如果發(fā)現(xiàn)有其他線程正在鎖定代碼员萍，新線程會(huì)用死循環(huán)的方式，一直等待鎖定的代碼執(zhí)行完成拣度。相當(dāng)于不停嘗試執(zhí)行代碼碎绎，比較消耗性能。

屬性修飾atomic本身就有一把自旋鎖抗果。

下面說一下屬性修飾nonatomic 和 atomic:
nonatomic 非原子屬性,同一時(shí)間可以有很多線程讀和寫
atomic 原子屬性(線程安全)筋帖，保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程能夠?qū)懭?但是同一個(gè)時(shí)間多個(gè)線程都可以取值)，atomic 本身就有一把鎖(自旋鎖)
atomic：線程安全冤馏，需要消耗大量的資源
nonatomic：非線程安全幕随，不過效率更高，一般使用nonatomic

五宿接、多線程的應(yīng)用及問題思考：

NSNotification是同步還是異步?：

1赘淮、在分線程發(fā)送一個(gè)通知

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:@"test" object:self userInfo:nil];

    });

主線程監(jiān)聽，并進(jìn)行UI操作

[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(receiveNoti) name:@"test" object:nil];

- (void)receiveNoti {

    NSLog(@"isMainThread=%d", [NSThread isMainThread]);

    self.view.backgroundColor = [UIColor redColor];

}

結(jié)果：

isMainThread=0

=================================================================

Main Thread Checker: UI API called on a background thread: -[UIView setBackgroundColor:]

PID: 2318, TID: 88711, Thread name: (none), Queue name: com.apple.root.default-qos, QoS: 0

結(jié)論：

默認(rèn)情況下睦霎，創(chuàng)建的NSNotification是同步的梢卸，但是發(fā)布通知的時(shí)候在子線程中，那么接收方法觸發(fā)的也是在子線程中副女。

如何保證UI操作放在主線程中執(zhí)行蛤高？

SDWebImage的SDWebImageCompat.h中有這樣一個(gè)宏定義，用來保證主線程操作碑幅，為什么要這樣寫戴陡？

#ifndef dispatch_main_async_safe

#define dispatch_main_async_safe(block)\

    if (strcmp(dispatch_queue_get_label(DISPATCH_CURRENT_QUEUE_LABEL), dispatch_queue_get_label(dispatch_get_main_queue())) == 0) {\

        block();\

    } else {\

        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block);\

    }

#endif

在此之前見到最多的是這樣的：

#define dispatch_main_async_safe(block)\

    if ([NSThread isMainThread]) {\

        block();\

    } else {\

        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block);\

    }

檢查我們當(dāng)前在主線程上執(zhí)行的最簡單的方法是使用[NSThread isMainThread] - GCD缺少一個(gè)類似的方便的API來檢查我們是否在主隊(duì)列上運(yùn)行，因此許多開發(fā)人員使用了NSThread API

這在大多數(shù)情況下是有效的沟涨，直到它出現(xiàn)了異常恤批。

image

潛在的問題是VektorKit API正在檢查是否在主隊(duì)列上調(diào)用它，而不是檢查它在主線程上運(yùn)行裹赴。

雖然每個(gè)應(yīng)用程序都只有一個(gè)主線程喜庞，但是在這個(gè)主線程上執(zhí)行許多不同的隊(duì)列是可能的。

如果庫(如VektorKit)依賴于在主隊(duì)列上檢查執(zhí)行棋返，那么從主線程上執(zhí)行的非主隊(duì)列調(diào)用API將導(dǎo)致問題延都。也就是說，如果在主線程執(zhí)行非主隊(duì)列調(diào)度的API睛竣，而這個(gè)API需要檢查是否由主隊(duì)列上調(diào)度晰房，那么將會(huì)出現(xiàn)問題。

來源參考

SDWebImage4.0源碼探究 http://www.reibang.com/p/b8517dc833c7

iOS多線程全套：線程生命周期，多線程的四種解決方案殊者，線程安全問題与境，GCD的使用，NSOperation的使用http://www.cocoachina.com/ios/20170707/19769.html

dispatch_barrier_(a)sync柵欄函數(shù)
https://blog.csdn.net/u013046795/article/details/47057585