圖片

資源準備

• 多線程蘋果官方文檔

• objc源碼下載：多個版本的objc源碼

線程和進程

線程和進程的定義

什么是進程

• 進程是指在系統(tǒng)中正在運行的一個應(yīng)用程序蛮放；

• 每個進程都是獨立的靡菇，每個進程均運行在其專用的且受保護的內(nèi)存空間中沃但；

• 通過活動監(jiān)視器可查看 Mac 系統(tǒng)中所開啟的進程琢歇；

• MAC是多進程的谆甜，iOS是單進程的媒鼓。

什么是線程

• 線程是進程的基本執(zhí)行單元届吁，一個進程中的所以任務(wù)都在線程中執(zhí)行；

• 進程要想執(zhí)行任務(wù)绿鸣，必須得有線程疚沐，一個進程至少要有一條線程；

• 程序啟動會默認開啟一條線程潮模，這條線程稱之為主線程或UI線程亮蛔；

進程中包含多個線程，進程負責任務(wù)的調(diào)度擎厢，線程負責任務(wù)的執(zhí)行究流。在iOS中并不支持多進程，所有程序都是單一進程運行动遭，進程之間相互獨立芬探。

線程與進程的關(guān)系

進程與線程的關(guān)系，涉及地址空間和資源擁有兩個方面：

地址空間：同一進程的線程共享本進程的地址空間厘惦，而進程與進程之間是獨立的地址空間偷仿；

資源擁有：同一進程的線程共享本進程的資源，如：內(nèi)存宵蕉、IO酝静、CPU等，而進程與進程之間的資源是獨立的国裳。

兩者的使用特點：

• ①形入、一個進程崩潰后，在保護模式下不會對其他進程產(chǎn)生影響缝左，但一個線程崩潰會導(dǎo)致整個進程都死掉亿遂。所以多進程要比多線程健壯；

• ②渺杉、進程切換時蛇数，消耗的資源大，效率高是越。所以涉及到頻繁的切換時耳舅，使用線程要好于進程。如果要求同時進行并且又要共享某些變量的并發(fā)操作，只能用線程不能用進程浦徊；

• ③馏予、執(zhí)行過程：每個獨立的進程有一個程序運行的入口、順序執(zhí)行序列和程序入口盔性。但是線程不能獨立執(zhí)行霞丧，必須依存在應(yīng)用程序中，由應(yīng)用程序提供多個線程執(zhí)行控制冕香；

• ④蛹尝、線程是處理器調(diào)度的基本單位，但是進程不是悉尾；

• ⑤突那、線程沒有地址空間，線程包含在進程地址空間中构眯；

線程局部存儲（TLS）

線程局部存儲全稱：Thread Local Storage：線程是沒有地址空間的愕难，但是存在線程局部存儲。線程局部存儲是某些操作系統(tǒng)為線程單獨提供的私有空間鸵赖，但通常只具有很有限的容量务漩。

在以前的文章：類的加載 上，里面就有分析它褪。在objc源碼中，_objc_init方法中包含了對tls的初始化操作翘悉，如下圖：

圖片

在 tls_init 中的詳細實現(xiàn)：

圖片

多線程

多線程的原理

iOS中的多線程茫打，由CPU在多個任務(wù)之間進行快速切換，CPU調(diào)度線程的時間足夠快妖混，就造成了多線程的 同時 執(zhí)行的效果老赤；所以，多線程并不是真正的并發(fā)制市。而真正的并發(fā)抬旺，必須建立在多核CPU的基礎(chǔ)上；

多線程的意義

優(yōu)點：

線程上的任務(wù)執(zhí)行完后祥楣，線程會自動銷毀开财。

適當提高資源的利用率(CPU、內(nèi)存等)误褪。

適當提高執(zhí)行效率责鳍。

缺點

程序設(shè)計更加復(fù)雜（如線程間的通訊，多線程的數(shù)據(jù)共享等）兽间。

線程越多历葛，CPU在調(diào)度線程上的開銷越大。

如果開啟大量線程嘀略，會占用大量內(nèi)存空間恤溶，降低程序性能乓诽。

開啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間(參照下面 線程成本 )，默認情況下咒程，每一個線程都占512KB问裕。

時間片

時間片的定義： CPU在多個任務(wù)之間進行快速切換，這個時間間隔就是時間片孵坚。

• 單核CPU同一時間粮宛，CPU只能處理1個線程

• 換言之，同一時間只有1個線程在執(zhí)行卖宠。

• 多線程同時執(zhí)行：

• 是CPU快速的在多個線程之間的切換巍杈。

• CPU調(diào)度線程的時間足夠快，就造成了多線程的同時執(zhí)行的效果扛伍。

• 如果線程數(shù)非常多筷畦，CPU會在N個線程之間切換，消耗大量的CPU資源刺洒。

• 每個線程被調(diào)度的次數(shù)會降低鳖宾，線程的執(zhí)行效率會降低。

線程的成本

線程在內(nèi)存使用和性能方面逆航，需要消耗程序和系統(tǒng)一定的代價鼎文；

每個線程都需要在內(nèi)核的內(nèi)存空間和程序的內(nèi)存空間中進行分配內(nèi)存；

管理線程和協(xié)調(diào)線程因俐，需要調(diào)度所需的核心結(jié)構(gòu)拇惋，使用有限內(nèi)存存儲在內(nèi)核中；

線程的堆椖ㄊ＃空間和每個線程的數(shù)據(jù)存儲在程序的內(nèi)存空間中撑帖；

大多數(shù)結(jié)構(gòu)都是在第一次創(chuàng)建線程時，創(chuàng)建和初始化的 ---- 由于需要與內(nèi)核進行交互澳眷，這個進程的開銷相對較大胡嘿。

以下表格中，量化了在應(yīng)用程序中創(chuàng)建一個新的用戶級線程的大約成本钳踊。其中一些成本是可配置的衷敌，比如分配給次級線程的堆棧空間量箍土。創(chuàng)建線程的時間成本是一個粗略的近似值逢享，應(yīng)該僅用于彼此之間的相對比較。線程創(chuàng)建時間的差異很大吴藻，這取決于處理器負載瞒爬、計算機的速度以及可用的系統(tǒng)和程序內(nèi)存的數(shù)量。

線程創(chuàng)建成本：

圖片

多線程技術(shù)方案

圖片

C 與 OC 的橋接

• __bridge只做類型轉(zhuǎn)換，但是不修改對象(內(nèi)存)管理權(quán)侧但。

• __bridge_retained(也可以使用CFBridgingRetain)將Objective-C的對象轉(zhuǎn)換為Core Foundation的對象矢空，同時將對象(內(nèi)存)的管理權(quán)交給我們，后續(xù)需要使用CFRelease或者相關(guān)方法來釋放對象禀横。

• __bridge_transfer(也可以使用CFBridgingRelease)將Core Foundation的對象 轉(zhuǎn)換為Objective-C的對象费奸，同時將對象(內(nèi)存)的管理權(quán)交給ARC摆屯。

線程生命周期

圖片

• 新建：實例化線程對象呆贿；

• 就緒：線程對象調(diào)用start方法杂腰，將線程對象加入可調(diào)度線程池，等待CPU的調(diào)用（調(diào)用start方法并不會立即執(zhí)行趾娃，而是進入就緒狀態(tài)缭嫡，之后會經(jīng)過CPU的調(diào)度，才會進入運行狀態(tài)）抬闷；

• 運行：CPU負責調(diào)度可調(diào)度線程池中線程的執(zhí)行妇蛀，在線程執(zhí)行完成之前，其狀態(tài)可能會在就緒和運行之間來回切換笤成，這個變化是由CPU負責评架；

• 阻塞：當滿足某個預(yù)定條件時，可以使用休眠炕泳，即：sleep纵诞，或者同步鎖，阻塞線程執(zhí)行喊崖。當進入sleep時挣磨，會重新將線程加入就緒中。下面關(guān)于休眠的時間設(shè)置荤懂，都是NSThread的API：

• sleepUntilDate：阻塞當前線程，直到指定的時間為止塘砸，即休眠到指定時間节仿；

• sleepForTimeInterval：在給定的時間間隔內(nèi)休眠線程，即指定休眠時長掉蔬；

• 同步鎖：@synchronized(self)廊宪；

• 死亡：分為兩種情況：

• 正常死亡，即：線程執(zhí)行完畢女轿；

• 非正常死亡箭启，即：當滿足某個條件后，在線程內(nèi)部或者主線程中終止執(zhí)行（調(diào)用exit方法等退出）蛉迹；

線程池原理

圖片

• ①傅寡、判斷核心線程池是否都正在執(zhí)行任務(wù)：

• 如果返回NO，創(chuàng)建新的工作線程去執(zhí)行；

• 如果返回YES荐操，進入②芜抒；

• ②、判斷線程池工作隊列是否飽滿：

• 如果返回NO托启，將任務(wù)存儲到工作隊列宅倒，等待CPU調(diào)度

• 如果返回YES，進入③屯耸；

• ③拐迁、判斷線程池中的線程是否都處于執(zhí)行狀態(tài)：

• 如果返回NO，安排可調(diào)度線程池中空閑的線程去執(zhí)行任務(wù)

• 如果返回YES疗绣，進入④线召；

• ④、交給飽和策略去執(zhí)行持痰，分為以下四種拒絕策略：

  四種拒絕策略均實現(xiàn)的RejectedExecutionHandler接口灶搜。

• AbortPolicy：拋出RejectedExecutionExeception異常，阻止系統(tǒng)正常運行

• CallerRunsPolicy：將任務(wù)回退到調(diào)用者

• DisOldestPolicy：丟掉等待最久的任務(wù)

• DisCardPolicy：直接丟棄任務(wù)

面試題分析

影響任務(wù)執(zhí)行速度的因素有哪些

這個問題可以從一下幾個維度分析：CPU的調(diào)度情況工窍、任務(wù)的復(fù)雜度割卖、任務(wù)的優(yōu)先級、線程狀態(tài)患雏。

目前iOS中鹏溯，線程優(yōu)先級的threadPriority屬性已經(jīng)棄用，被NSQualityOfService類型的qualityOfService所代替淹仑，看先底層的枚舉設(shè)置：

typedef NS_ENUM(NSInteger, NSQualityOfService) { NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21, NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19, NSQualityOfServiceUtility = 0x11, NSQualityOfServiceBackground = 0x09, NSQualityOfServiceDefault = -1 } API_AVAILABLE(macos(10.10), ios(8.0), watchos(2.0), tvos(9.0)); </pre>

• 開發(fā)者自己指定：NSQualityOfService：服務(wù)質(zhì)量丙挽。用于表示工作的性質(zhì)和對系統(tǒng)的重要性。當存在資源爭用時匀借，使用高質(zhì)量的服務(wù)類比使用低質(zhì)量的服務(wù)類獲得更多的資源

• NSQualityOfServiceUserInteractive：用于直接涉及提供交互式UI的工作颜阐。例如：處理控制事件或在屏幕上繪圖；

• NSQualityOfServiceUserInitiated：用于執(zhí)行用戶明確要求的工作吓肋，并且為了允許進一步的用戶交互凳怨，必須立即顯示這些工作的結(jié)果。例如：在用戶在郵件列表中選擇郵件后加載郵件是鬼；

• NSQualityOfServiceUtility：用于執(zhí)行用戶不太可能立即等待結(jié)果的工作肤舞。這項工作可能是由用戶請求的，也可能是自動啟動的均蜜，并且通常使用非模式進度指示器在用戶可見的時間尺度上操作李剖。例如：定期內(nèi)容更新或批量文件操作，如媒體導(dǎo)入囤耳；

• NSQualityOfServiceBackground：用于非用戶發(fā)起或不可見的工作篙顺。通常偶芍，用戶甚至不知道正在進行這項工作。例如：預(yù)抓取內(nèi)容慰安、搜索索引腋寨、備份或與外部系統(tǒng)同步數(shù)據(jù)；

• NSQualityOfServiceDefault：表示沒有明確的服務(wù)質(zhì)量信息化焕。只要可能萄窜，適當?shù)姆?wù)質(zhì)量是根據(jù)可用的資源確定的。否則撒桨，使用NSQualityOfServiceUserInteractive和NSQualityOfServiceUtility之間的服務(wù)質(zhì)量級別查刻。

• 優(yōu)先級反轉(zhuǎn)

• 線程分為以下兩種：

• IO密集型，頻繁等待的線程凤类；

• CPU密集型穗泵，很少等待的線程；

• IO密集型比CPU密集型更容易得到線程優(yōu)先級的提升谜疤。

• I(Input輸入) / O(Output輸出)操作的速度是最慢的佃延，并且等待頻繁，如果它的優(yōu)先級又低夷磕，很容易被飽和策略所淘汰履肃；

• 為了避免這種情況，當CPU發(fā)現(xiàn)一個頻繁等待的線程坐桩，會將其優(yōu)先級提升尺棋，從而提升線程被執(zhí)行的可能性。

• 優(yōu)先級的影響因素

• 用戶指定線程的服務(wù)質(zhì)量绵跷；

• 根據(jù)線程等待的頻繁程度提高或降低膘螟；

• 長時間不執(zhí)行的線程，提升它的優(yōu)先級碾局。

線程安全

當多個線程同時訪問同一塊資源時荆残，很容易引發(fā)資源搶奪，造成數(shù)據(jù)錯亂和數(shù)據(jù)安全問題净当，有以下兩種解決方案：

互斥鎖（同步鎖）：@synchronized

自旋鎖

最常見的脊阴，當多窗口賣票時，如下圖所示蚯瞧，會產(chǎn)生資源的搶奪，這時我們的常規(guī)操作就是加鎖品擎。

圖片

互斥鎖

用于保護臨界區(qū)埋合，確保同一時間，只有一條線程能夠執(zhí)行萄传；

如果代碼中只有一個地方需要加鎖甚颂，大多都使用self蜜猾，這樣可以避免單獨再創(chuàng)建一個鎖對象；

加了互斥鎖的代碼振诬，當新線程訪問時蹭睡，如果發(fā)現(xiàn)其他線程正在執(zhí)行鎖定的代碼，新線程就會進入休眠赶么。

使用互斥鎖的注意事項：

互斥鎖的鎖定范圍肩豁，應(yīng)該盡量小，鎖定范圍越大辫呻，效率越差清钥；

能夠加鎖的任意NSObject對象；

鎖對象一定要保證所有的線程都能夠訪問放闺。

自旋鎖

自旋鎖與互斥鎖類似祟昭，但它不是通過休眠使線程阻塞，而是在獲取鎖之前一直處于忙等（即原地打轉(zhuǎn)怖侦，稱為自旋）阻塞狀態(tài)篡悟；

使用場景：鎖持有的時間短，且線程不希望在重新調(diào)度上花太多成本時匾寝，就需要使用自旋鎖搬葬，屬性修飾符atomic，本身就有一把自旋鎖旗吁；

加入了自旋鎖踩萎，當新線程訪問代碼時，如果發(fā)現(xiàn)有其他線程正在鎖定代碼很钓，新線程會用死循環(huán)的方法香府，一直等待鎖定的代碼執(zhí)行完成，即不停的嘗試執(zhí)行代碼码倦，比較消耗性能企孩。

自旋鎖與互斥鎖異同點

相同點：

在同一時間，保證只有一條線程執(zhí)行任務(wù)袁稽，即保證了相應(yīng)同步的功能勿璃。

不同點：

互斥鎖：發(fā)現(xiàn)其他線程執(zhí)行，當前線程休眠（即就緒狀態(tài)）推汽，進入等待執(zhí)行补疑，即掛起。一直等其他線程打開之后歹撒，然后喚醒執(zhí)行莲组；

自旋鎖：發(fā)現(xiàn)其他線程執(zhí)行，當前線程一直詢問（即一直訪問）暖夭，處于忙等狀態(tài)锹杈，耗費的性能比較高撵孤。

使用場景：

根據(jù)任務(wù)復(fù)雜度區(qū)分，使用不同的鎖竭望，但判斷不全時邪码，更多是使用互斥鎖去處理；

當前的任務(wù)狀態(tài)比較短小精悍時咬清，用自旋鎖闭专；

反之的，用互斥鎖枫振。

atomic & nonatomic

atomic與nonatomic的作用

atomic和nonatomic用于屬性的修飾喻圃，兩種修飾符的特定分別如下：

atomic是原子屬性，為多線程開發(fā)準備的粪滤，是默認屬性斧拍，需要消耗大量的資源

僅僅在屬性的setter方法中，增加了鎖（自旋鎖）杖小，能夠保證同一時間肆汹，只有一條線程對屬性進行寫操作；

同一時間單線程寫予权，多線程讀的線程處理技術(shù)昂勉；

Mac開發(fā)中常用。

nonatomic是非原子屬性扫腺，適合內(nèi)存小的移動設(shè)備

沒有鎖岗照，性能高；

移動端開發(fā)常用笆环。

然而iOS官方建議：

所有屬性都聲明為nonatomic攒至，避免多線程搶奪同一塊資源。

盡量將加鎖躁劣、資源搶奪的業(yè)務(wù)邏輯交給服務(wù)器端處理迫吐，減小移動客戶端的壓力。

atomic與nonatomic的區(qū)別

atomic

原子屬性(線程安全)账忘，針對多線程設(shè)計的志膀，默認值；

保證同一時間只有一個線程能夠?qū)懭氡钋埽峭粋€時間多個線程都可以取值溉浙；

atomic本身就有一把鎖（自旋鎖），支持單寫多讀蒋荚。單個線程寫入放航，多個線程可以讀取圆裕；

線程安全广鳍，需要消耗大量的資源。

nonatomic

非原子屬性吓妆；

非線程安全赊时，適合內(nèi)存小的移動設(shè)備。

源碼分析

打開objc源碼行拢，找到objc_setProperty的方法實現(xiàn)祖秒，看源碼：

void objc_setProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, id newValue, BOOL atomic, signed char shouldCopy) { bool copy = (shouldCopy && shouldCopy != MUTABLE_COPY); bool mutableCopy = (shouldCopy == MUTABLE_COPY); reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, atomic, copy, mutableCopy); } </pre>

接著，再進入reallySetProperty方法舟奠，看源碼：

圖片

atomic修飾竭缝，增加了spinlock_t的鎖操作；

所以atomic是標示沼瘫，自身并不是鎖抬纸。而atomic所謂的自旋鎖，由底層代碼實現(xiàn)耿戚。

線程與Runloop的關(guān)系

Runloop與線程是一一對應(yīng)的湿故，一個Runloop對應(yīng)一個核心的線程。為什么說是核心的膜蛔，是因為Runloop是可以嵌套的坛猪，但核心只能有一個，它們的關(guān)系保存在一個全局的字典里皂股；

Runloop是來管理線程的墅茉，當線程的Runloop被開啟后，線程會在執(zhí)行完任務(wù)后進入休眠狀態(tài)呜呐，有了任務(wù)就會被喚醒去執(zhí)行任務(wù)就斤；

Runloop在第一次獲取時被創(chuàng)建，在線程結(jié)束時被銷毀卵史；

主線程的Runloop战转，在程序啟動時默認創(chuàng)建；

對于子線程來說以躯，Runloop是懶加載的槐秧，只有當我們使用的時候才會創(chuàng)建。所以忧设，當子線程使用定時器時刁标，要確保子線程的Runloop被創(chuàng)建，不然定時器無法回調(diào)址晕。

線程之間的通訊

在某些時候膀懈，線程可能需要處理新的工作請求或向您的應(yīng)用程序的主線程報告它們的進度。在這些情況下谨垃，線程之間的通信變得必要启搂，您需要一種將信息從一個線程獲取到另一個線程的方法硼控。

線程之間的通信方式有很多種，每種方式都有自己的優(yōu)點和缺點胳赌。

配置線程本地存儲列出了您可以在OS X中使用的最常見的通信機制牢撼。除了消息隊列和Cocoa分布式對象，這些技術(shù)在iOS中也可用疑苫。

按通訊機制的復(fù)雜度升序排列：

圖片