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探索底層原理，積累從點滴做起膘侮。大家好屈糊，我是聞聞。

往期回顧

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iOS底層原理探索—class的本質(zhì)
iOS底層原理探索—KVO的本質(zhì)
iOS底層原理探索— KVC的本質(zhì)
iOS底層原理探索— Category的本質(zhì)(一)
iOS底層原理探索— Category的本質(zhì)(二)
iOS底層原理探索— 關(guān)聯(lián)對象的本質(zhì)
iOS底層原理探索— block的本質(zhì)(一)
iOS底層原理探索— block的本質(zhì)(二)
iOS底層原理探索— Runtime之isa的本質(zhì)
iOS底層原理探索— Runtime之class的本質(zhì)
iOS底層原理探索— Runtime之消息機制
iOS底層原理探索—RunLoop的本質(zhì)
iOS底層原理探索—RunLoop的應(yīng)用

前言

多線程是iOS開發(fā)中很重要的一個環(huán)節(jié)琼了，無論是開發(fā)過程還是在面試環(huán)節(jié)中逻锐，多線程出現(xiàn)的頻率都非常高。我們會通過幾篇文章的探索雕薪，深入淺出的分析多線程技術(shù)。

多線程

在學(xué)習(xí)多線程之前所袁，我們先熟悉幾個概念盏档。

一、概念

1燥爷、進程

當(dāng)一個程序進入內(nèi)存運行時蜈亩，即變成一個進程懦窘。進程是處于運行過程中的程序，并且具有一定的獨立功能稚配，進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位畅涂。

進程的特點：

• 獨立性：是系統(tǒng)獨立存在的實體，擁有自己獨立的資源道川，有自己私有的地址空間午衰。在沒有經(jīng)過進程本身允許的情況下，一個用戶的進程不可以直接訪問其他進程的地址空間愤惰。
• 動態(tài)性：進程與程序的區(qū)別在于：程序只是一個靜態(tài)的指令集合苇经，而進程是一個正在系統(tǒng)中活動的指令集和，進程中加入了時間的概念宦言。進程具有自己的生命周期和不同的狀態(tài)扇单，這些都是程序不具備的。
• 并發(fā)性：多個進程可以在單個處理器上并發(fā)執(zhí)行奠旺，多個進程之間不會相互影響蜘澜。

2、線程

線程是指程序在執(zhí)行過程中响疚，能夠執(zhí)行程序代碼的一個執(zhí)行單元鄙信，是操作系統(tǒng)能夠進行運算調(diào)度的最小單位。它被包含在進程之中忿晕，是進程中的實際運作單位装诡。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以并發(fā)多個線程践盼，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)鸦采。進程中可以擁有多個線程，但是至少有一個線程咕幻。一個線程必須有一個父進程渔伯。

3、隊列

隊列肄程，又稱為佇列（queue）锣吼，是先進先出（FIFO, First-In-First-Out）的線性表，在具體應(yīng)用中通常用鏈表或者數(shù)組來實現(xiàn)蓝厌。裝載線程任務(wù)的隊形結(jié)構(gòu)玄叠。隊列只允許在后端（稱為rear）進行插入操作，在前端（稱為front）進行刪除操作拓提。隊列的操作方式和堆棧類似诸典，唯一的區(qū)別在于隊列只允許新數(shù)據(jù)在后端進行添加。

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隊列的類型

隊列的類型決定了任務(wù)的執(zhí)行方式（并發(fā)崎苗、串行）狐粱，隊列包括以下幾種：

• 并發(fā)隊列(Concurrent Dispatch Queue)： 線程執(zhí)行可以同時一起進行執(zhí)行,不需要上一個執(zhí)行完，就能執(zhí)行下一個的胆数。
• 串行隊列(Serial Dispatch Queue)： 線程執(zhí)行只能依次逐一先后有序的執(zhí)行,等待上一個執(zhí)行完肌蜻，再執(zhí)行下一個。
• 主隊列：綁定主線程必尼，所有任務(wù)都在主線程中執(zhí)行蒋搜，有經(jīng)過特殊處理的串行隊列。
• 全局隊列：系統(tǒng)提供的并發(fā)隊列判莉。

4豆挽、同步、異步

• 同步 sync： 只能在當(dāng)前線程按先后順序依次執(zhí)行任務(wù)券盅，不具備開啟新線程的能力帮哈。

• 異步 async： 在新的線程中執(zhí)行任務(wù)，具備開啟新線程的能力锰镀。

  image

二娘侍、多線程方案

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在實際開發(fā)過程中，GCD和NSOperation兩種多線程方案的使用頻率較高泳炉，GCD更接近底層憾筏，NSOperation基于GCD封裝的，更加面向?qū)ο蟆?/p>

GCD和NSOperation區(qū)別

1花鹅、GCD僅僅支持FIFO隊列氧腰，不支持異步操作之間的依賴關(guān)系設(shè)置。而NSOperation中的隊列可以被重新設(shè)置優(yōu)先級刨肃，從而實現(xiàn)不同操作的執(zhí)行順序調(diào)整古拴。
2、NSOperation支持KVO之景，可以觀察任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)斤富。
3、GCD更接近底層锻狗，GCD在追求性能的底層操作來說满力，是速度最快的。
4轻纪、從異步操作之間的事務(wù)性油额，順序行，依賴關(guān)系刻帚。GCD需要自己寫更多的代碼來實現(xiàn)潦嘶，而NSOperation已經(jīng)內(nèi)建了這些支持
5、如果異步操作的過程需要更多的被交互和UI呈現(xiàn)出來崇众，NSOperation更好掂僵。底層代碼中航厚，任務(wù)之間不太互相依賴，而需要更高的并發(fā)能力锰蓬，GCD則更有優(yōu)勢

GCD

GCD的代碼是開源的幔睬，大家可以通過下載源碼，分析源碼進一步了解GCD芹扭。
GCD中兩個執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)：
同步執(zhí)行任務(wù)：

//queue：隊列   block：任務(wù)
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

異步執(zhí)行任務(wù)：

//queue：隊列   block：任務(wù)
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

我們通過代碼來幫助了解同步執(zhí)行和異步執(zhí)行：

image

我們在全局隊列中同步執(zhí)行任務(wù)1和任務(wù)2麻顶，通過打印可以看出，同步執(zhí)行是按順序執(zhí)行任務(wù)舱卡，執(zhí)行完任務(wù)1再執(zhí)行任務(wù)2辅肾。并且打印當(dāng)前線程，同步執(zhí)行是在主線程中執(zhí)行任務(wù)轮锥，沒有開啟新線程矫钓。
我們再來看一下異步執(zhí)行：

image

可以看出任務(wù)1和任務(wù)2交錯執(zhí)行，并非同步執(zhí)行那樣執(zhí)行完任務(wù)1再執(zhí)行任務(wù)2交胚。而且通過線程編號可以看出份汗，的確開啟了新的線程。說明異步執(zhí)行具備開啟新線程的能力蝴簇。

但是杯活，如果在主隊列中異步執(zhí)行，是不會開啟新線程的：

image

由于主隊列也是串行隊列熬词，雖然是異步執(zhí)行旁钧，但是仍舊執(zhí)行完任務(wù)1再執(zhí)行任務(wù)2，并且是在主線程匯中執(zhí)行互拾，沒有開啟新的線程歪今。

我們用一張表格來總結(jié)一下：

image

總結(jié)

同步函數(shù)或者主隊列：沒有開啟新線程、串行執(zhí)行任務(wù)颜矿；
異步函數(shù)且非主隊列：有開啟新線程寄猩、執(zhí)行方式取決與隊列類型并發(fā)或串行

下面我們用幾個例子來幫助我們理解：

1、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"任務(wù)1");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"任務(wù)2");
    });
    NSLog(@"任務(wù)3");
}

答案是只會打印任務(wù)1骑疆，然后程序崩潰

首先分析一下代碼：主線程執(zhí)行完任務(wù)1后田篇，在主隊列dispatch_get_main_queue()中同步執(zhí)行(dispatch_sync)任務(wù)2，然后執(zhí)行任務(wù)3箍铭。

隊列的特點是FIFO泊柬，主隊列中已經(jīng)存在任務(wù)viewDidLoad，往主隊列加入任務(wù)2诈火，就需要執(zhí)行完viewDidLoad才能執(zhí)行任務(wù)2兽赁。但是想要執(zhí)行完viewDidLoad又必須先執(zhí)行viewDidLoad內(nèi)的任務(wù)2和任務(wù)3。這就造成了死鎖。

image

2刀崖、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"任務(wù)1");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任務(wù)2");
    });
    NSLog(@"任務(wù)3");
}

答案是任務(wù)1惊科，任務(wù)3，任務(wù)2

主線程執(zhí)行任務(wù)1之后蒲跨，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2译断；而dispatch_async不要求立馬在當(dāng)前線程同步執(zhí)行任務(wù)；所以主線程接著執(zhí)行任務(wù)3或悲，最后異步執(zhí)行任務(wù)2。

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3堪唐、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"任務(wù)1");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{ 
        NSLog(@"任務(wù)2");
        dispatch_sync(queue, ^{ 
            NSLog(@"任務(wù)3");
        });
        NSLog(@"任務(wù)4");
    });
    NSLog(@"任務(wù)5");
}

答案是任務(wù)1巡语，任務(wù)5，任務(wù)2淮菠，然后程序崩潰

主線程執(zhí)行任務(wù)1之后男公，在串行隊列DISPATCH_QUEUE_SERIAL中異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2，這時會開啟子線程合陵，不影響執(zhí)行任務(wù)5枢赔。在子線程串行隊列中，執(zhí)行任務(wù)2拥知，接著立刻同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3踏拜。但是在串行隊列中需要執(zhí)行完任務(wù)4之后才能執(zhí)行任務(wù)3，因此會產(chǎn)生死鎖低剔。

image

4速梗、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"任務(wù)1");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myQueue2", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任務(wù)2");
        dispatch_sync(queue2, ^{ 
            NSLog(@"任務(wù)3");
        });
        NSLog(@"任務(wù)4");
    });
    NSLog(@"任務(wù)5");
}

答案是任務(wù)1，任務(wù)5襟齿，任務(wù)2姻锁，任務(wù)3，任務(wù)4

主線程執(zhí)行任務(wù)1后猜欺，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2位隶；所以先執(zhí)行主線程的任務(wù)5，然后執(zhí)行任務(wù)2开皿；接著需要在并發(fā)隊列中同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3涧黄；然后執(zhí)行串行隊列中的任務(wù)4。

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5副瀑、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"任務(wù)1");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任務(wù)2");
        dispatch_sync(queue2, ^{
            NSLog(@"任務(wù)3");
        });
        NSLog(@"任務(wù)4");
    });
    NSLog(@"任務(wù)5");
}

答案是任務(wù)1弓熏，任務(wù)5，任務(wù)2糠睡，任務(wù)3挽鞠，任務(wù)4

主線程執(zhí)行任務(wù)1之后，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行串行隊列中的任務(wù)2；所以先執(zhí)行主線程的任務(wù)5信认，然后執(zhí)行任務(wù)2材义；接著需要在另外一個串行隊列中同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3；然后回到第一個串行隊列中執(zhí)行任務(wù)4嫁赏。

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6其掂、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"任務(wù)1");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任務(wù)2");
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"任務(wù)3");
        });
        NSLog(@"任務(wù)4");
    });
    NSLog(@"任務(wù)5");
}

答案是任務(wù)1，任務(wù)5潦蝇，任務(wù)2款熬，任務(wù)3，任務(wù)4

主線程執(zhí)行任務(wù)1之后攘乒，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2贤牛；所以先執(zhí)行主線程的任務(wù)5，然后執(zhí)行任務(wù)2则酝；接著需要在并發(fā)隊列中同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3殉簸；然后執(zhí)行并發(fā)隊列中的任務(wù)4。

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總結(jié)

使用同步函數(shù)dispatch_sync往當(dāng)前串行隊列中添加任務(wù)沽讹，會卡住當(dāng)前的串行隊列般卑，即產(chǎn)生死鎖。

以下文章可以做一個學(xué)習(xí)參考：
GCD面試要點
block面試要點
Runtime面試要點
RunLoop面試要點
內(nèi)存管理面試要點
MVC爽雄、MVVM面試要點
網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化面試要點
網(wǎng)絡(luò)編程面試要點
KVC&KVO面試要點
數(shù)據(jù)存儲面試要點
混編技術(shù)面試要點
設(shè)計模式面試要點
UI面試要點