一、多線程的基本概念
1、進程(Process):
- 進程定義：進程可以理解成一個運行中的應(yīng)用程序玩焰，是一個活動的實體。它是是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位芍锚，也是基本的執(zhí)行單元昔园。每一個進程都有它自己的地址空間蔓榄，一般情況下，包括文本區(qū)域（text region）默刚、數(shù)據(jù)區(qū)域（data region）和堆棧（stack region）甥郑。
- 進程狀態(tài)：進程有三個狀態(tài)，就緒荤西、運行和阻塞澜搅。
1、運行態(tài)：進程占用CPU邪锌，并在CPU上運行勉躺。
2、就緒態(tài)：進程已經(jīng)具備運行條件觅丰，但是CPU還沒有分配過來饵溅。
3、阻塞態(tài)：進程因等待某件事發(fā)生而暫時不能運行舶胀。
2概说、線程(Thread):
- 線程定義：是進程的基本執(zhí)行單元，一個進程對應(yīng)多個線程嚣伐。由于線程比進程更小糖赔，基本上不擁有系統(tǒng)資源，故對它的調(diào)度所付出的開銷就會小得多轩端，能更高效的提高系統(tǒng)多個程序間并發(fā)執(zhí)行的程度放典。
- 線程狀態(tài)：線基本狀態(tài)：新建狀態(tài)、就緒狀態(tài)基茵、運行狀態(tài)奋构、阻塞 (等待/睡眠)狀態(tài)、死亡狀態(tài)拱层。
1弥臼、新建狀態(tài)：新創(chuàng)建一個線程對象。
2根灯、就緒狀態(tài)：該狀態(tài)位于“可運行的線程池”中径缅，只等待獲取CPU的使用權(quán)，調(diào)用start執(zhí)行烙肺。
3纳猪、運行狀態(tài)：就緒狀態(tài)的線程獲取了CPU，執(zhí)行程序代碼桃笙。
4氏堤、阻塞狀態(tài)：是線程因為某種原因放棄CPU使用權(quán)，暫時停止運行搏明。
5鼠锈、死亡狀態(tài)：線程執(zhí)行完了或者因異常退出了執(zhí)行方法闪檬，該線程結(jié)束生命周期。
3购笆、多線程谬以、主線程、父線程和子線程:
- 多線程：在同一時刻由桌，一個CPU只能處理1條線程，但CPU可以在多條線程之間快速的切換邮丰，只要切換的足夠快行您，就造成了多線程一同執(zhí)行的假象。(應(yīng)用層就理解為多任務(wù))剪廉；
- 主線程：可以認為娃循，主線程是程序(App)的一條主線(或UI線程)，一旦主線程結(jié)束斗蒋，程序程序(App)就結(jié)束了捌斧，其他所有線程都結(jié)束，所以主線程是特殊的線程泉沾；
- 父線程：一個進程中可以有很多的線程捞蚂，這個時候可以新創(chuàng)建一個線程，而在這個線程中可以在再來創(chuàng)建別的線程跷究。這樣的話姓迅，線程之間就可以層層嵌套，之前最初創(chuàng)建的線程稱之為父線程俊马；
- 子線程：父線程中創(chuàng)建的線程(嵌套的線程)丁存，稱之為子線程。(ps：還有一種通俗說法：除了主線程之外的都叫子線程柴我，要注意區(qū)別和理解普通子線程和嵌套子線程)解寝。
4、主線程艘儒、父線程和子線程關(guān)系:
重點：
1聋伦、當(dāng)父線程消亡的時候，子線程是不會消亡的彤悔，是會繼續(xù)執(zhí)行到結(jié)束嘉抓。(因為在內(nèi)核當(dāng)中，線程都是獨立的內(nèi)核對象 )
2晕窑、 當(dāng)主線程消亡的時候抑片，所有線程都得死。
2杨赤、主線程是不能看作任何線程的父線程敞斋，因為不滿足父子線程的特性 截汪，主線程具有特殊性。
二植捎、任務(wù)與隊列
1衙解、任務(wù)(Task):
就是執(zhí)行操作的意思，換句話說就是你在線程中執(zhí)行的那段代碼焰枢。在 GCD 中是放在 block 中的蚓峦。執(zhí)行任務(wù)有兩種方式：同步執(zhí)行（sync）和異步執(zhí)行（async）。兩者的主要區(qū)別是：是否等待隊列的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束济锄，以及是否具備開啟新線程的能力暑椰。
同步執(zhí)行（sync）：
- 同步添加任務(wù)到指定的隊列中，在添加的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之前荐绝，會一直等待一汽，直到隊列里面的任務(wù)完成之后再繼續(xù)執(zhí)行。
- 只能在當(dāng)前線程中執(zhí)行任務(wù)低滩，不具備開啟新線程的能力召夹。
異步執(zhí)行（async）：
- 異步添加任務(wù)到指定的隊列中，它不會做任何等待恕沫，可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)监憎。
- 可以在新的線程中執(zhí)行任務(wù)，具備開啟新線程的能力昏兆。
注意：異步執(zhí)行（async）雖然具有開啟新線程的能力枫虏，但是并不一定開啟新線程。這跟任務(wù)所指定的隊列類型有關(guān)爬虱。
2隶债、隊列(Queue):
這里的隊列指執(zhí)行任務(wù)的等待隊列，即用來存放任務(wù)的隊列跑筝。隊列是一種特殊的線性表死讹，采用 FIFO（先進先出）的原則，即新任務(wù)總是被插入到隊列的末尾曲梗，而讀取任務(wù)的時候總是從隊列的頭部開始讀取赞警。每讀取一個任務(wù)，則從隊列中釋放一個任務(wù)虏两。
有兩種隊列：串行隊列和并發(fā)隊列愧旦。兩者都符合 FIFO（先進先出）的原則。兩者的主要區(qū)別是：執(zhí)行順序不同定罢，以及開啟線程數(shù)不同笤虫。
串行隊列（Serial Queue）：
每次只有一個任務(wù)被執(zhí)行。讓任務(wù)一個接著一個地執(zhí)行。（只開啟一個線程琼蚯，一個任務(wù)執(zhí)行完畢后酬凳，再執(zhí)行下一個任務(wù)）
并發(fā)隊列（Concurrent Queue）：
可以讓多個任務(wù)并發(fā)（同時）執(zhí)行。（可以開啟多個線程遭庶，并且同時執(zhí)行任務(wù)）
注意：并發(fā)隊列的并發(fā)功能只有在異步（async）函數(shù)任務(wù)下才有效
3宁仔、iOS主隊列、全局隊列峦睡、自定義隊列:
主隊列：專門負責(zé)調(diào)度主線程度的任務(wù)翎苫，沒有辦法開辟新的線程。所以榨了，在主隊列下的任務(wù)不管是異步任務(wù)還是同步任務(wù)都不會開辟線程拉队，任務(wù)只會在主線程順序執(zhí)行。
主隊列異步任務(wù)：現(xiàn)將任務(wù)放在主隊列中阻逮，但是不是馬上執(zhí)行，等到主隊列中的其它所有除我們使用代碼添加到主隊列的任務(wù)的任務(wù)都執(zhí)行完畢之后才會執(zhí)行我們使用代碼添加的任務(wù)秩彤。
主隊列同步任務(wù)：容易阻塞主線程叔扼，所以不要這樣寫。原因：我們自己代碼任務(wù)需要馬上執(zhí)行漫雷，但是主線程正在執(zhí)行代碼任務(wù)的方法體瓜富，因此代碼任務(wù)就必須等待，而主線程又在等待代碼任務(wù)的完成好去完成下面的任務(wù)降盹，因此就形成了相互等待与柑。整個主線程就被阻塞了。
全局隊列：本質(zhì)是一個并發(fā)隊列蓄坏，由系統(tǒng)提供价捧，方便編程，可以不用創(chuàng)建就直接使用涡戳。
自定義隊列：除了主隊列和系統(tǒng)提供的全局隊列之外结蟋，用戶自定義的串行或者并行隊列統(tǒng)稱為自定義隊列(普通隊列)。
注意：全局并發(fā)隊列渔彰、主隊列是兩種特殊隊列嵌屎，由iOS系統(tǒng)(GDC)提供。全局并發(fā)隊列可以作為普通并發(fā)隊列來使用恍涂。
4宝惰、隊列與任務(wù)組合:
我們有兩種隊列（串行隊列/并發(fā)隊列），兩種任務(wù)執(zhí)行方式（同步執(zhí)行/異步執(zhí)行）再沧，那么我們就有了四種不同的組合方式尼夺。這四種不同的組合方式是：
1、 同步執(zhí)行 + 并發(fā)隊列
2、 異步執(zhí)行 + 并發(fā)隊列
3汞斧、 同步執(zhí)行 + 串行隊列
4夜郁、 異步執(zhí)行 + 串行隊列
實際上，剛才還說了兩種特殊隊列：全局并發(fā)隊列粘勒、主隊列竞端。全局并發(fā)隊列可以作為普通并發(fā)隊列來使用。但是主隊列因為有點特殊庙睡，所以我們就又多了兩種組合方式事富。這樣就有六種不同的組合方式了。
5乘陪、 同步執(zhí)行 + 主隊列（容易阻塞卡死）
6统台、 異步執(zhí)行 + 主隊列
三、iOS多線程方案
4種實現(xiàn)方案:
pthread：一套C的通用的多線程API啡邑，線程生命周期需程序員管理贱勃，很少使用。
NSThread：使用更加面向?qū)ο蟀疲梢灾苯硬僮骶€程對象贵扰，線程生命周期需要程序員管理。
GCD(Grand Central Dispatch)：基于C語言的API流部，是蘋果公司為多核的并行運算提出的解決方案戚绕，自動管理線程的生命周期（創(chuàng)建線程、調(diào)度任務(wù)枝冀、銷毀線程）舞丛。
NSOperation：是基于GCD的封裝，使用更加面向?qū)ο蠊€程生命周期自動管理球切。
1、pthread
POSIX threads 的簡稱绒障，POSIX 線程是一個 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)線程欧聘，是一套純C語言的通用API，線程的生命周期需要程序員自己管理端盆，使用難度較大怀骤，所以在實際開發(fā)中通常不使用，我們可以在開源框架YY_Kit中(YYMemoryCache)看到大量使用pthread_mutex鎖焕妙。
#include <sys/ipc.h> // 進程間通信蒋伦。
#include <sys/msg.h> //消息隊列。
#include <pthread.h> //包含thread 庫焚鹊。
運用大量的API操作痕届，靈活多變韧献，難用。
pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);中各項參數(shù)含義：
- 第一個參數(shù)&thread是線程對象研叫，指向線程標(biāo)識符的指針
- 第二個是線程屬性锤窑，可賦值NULL
- 第三個run表示指向函數(shù)的指針(run對應(yīng)函數(shù)里是需要在新線程中執(zhí)行的任務(wù))
- 第四個是運行函數(shù)的參數(shù)，可賦值NULL
2嚷炉、NSThread
第一種方式實例化：
NSThread *newThread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(threadRun) object:nil];
//也可以使用另外兩種初始化函數(shù)
NSThread *newThread=[[NSThread alloc]init]; NSThread *newThread= [[NSThread alloc]initWithBlock:^{ NSLog(@"initWithBlock"); }];
第二種方式類方法：
//這種方式創(chuàng)建線程后自動啟動線程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(doSomething:) toTarget:self withObject:@"lcj"];
第三種方式隱式創(chuàng)建：
//用于線程之間通信渊啰，比如：指定任務(wù)在當(dāng)前線程執(zhí)行
//不傳遞參數(shù)指定函數(shù)在當(dāng)前線程執(zhí)行
[self performSelector:@selector(doSomething)];
//傳遞參數(shù)指定函數(shù)在當(dāng)前線程執(zhí)行
[self performSelector: @selector(doSomething:) withObject:tempStr];
//傳遞參數(shù)指定函數(shù)2秒后在當(dāng)前線程執(zhí)行
[self performSelector:@selector(doSomething:) withObject:tempStr afterDelay:2.0];
3、GCD(Grand Central Dispatch)
是基于C語言的API申屹，充分利用設(shè)備的多核绘证，旨在替換NSThread等線程技術(shù)。線程的生命周期由系統(tǒng)自動管理哗讥，在實際開發(fā)中經(jīng)常使用嚷那。
GCD的優(yōu)勢：
GCD是蘋果公司為多核的并行運算提出的解決方案;
GCD會自動利用更多的CPU內(nèi)核（比如雙核、四核）;
GCD會自動管理線程的生命周期（創(chuàng)建線程杆煞、調(diào)度任務(wù)魏宽、銷毀線程）;
程序員只需要告訴GCD想要執(zhí)行什么任務(wù)，不需要編寫任何線程管理代碼
另外其他的方法：
1决乎、 GCD柵欄（dispatch_barrier）
當(dāng)任務(wù)需要異步進行湖员，但是這些任務(wù)需要分成兩組來執(zhí)行，第一組完成之后才能進行第二組的操作瑞驱。這時候就用了到GCD的柵欄方法dispatch_barrier_async。
2 窄坦、GCD隊列組（ dispatch_group ）
異步執(zhí)行幾個耗時操作唤反，當(dāng)這幾個操作都完成之后再回到主線程進行操作，就可以用到隊列組了鸭津。
所有的任務(wù)會并發(fā)的執(zhí)行(不按序)彤侍。
所有的異步函數(shù)都添加到隊列中，然后再納入隊列組的監(jiān)聽范圍逆趋。
使用dispatch_group_notify函數(shù)盏阶，來監(jiān)聽上面的任務(wù)是否完成，如果完成, 就會調(diào)用這個方法闻书。
4名斟、NSOperation
NSOperation是基于GCD之上的更高一層封裝，NSOperation需要配合NSOperationQueue來實現(xiàn)多線程魄眉。NSOperation實現(xiàn)多線程的步驟如下：
1砰盐、創(chuàng)建任務(wù)：先將需要執(zhí)行的操作封裝到NSOperation對象中。
2坑律、創(chuàng)建隊列：創(chuàng)建NSOperationQueue岩梳。
3、將任務(wù)加入到隊列中：將NSOperation對象添加到NSOperationQueue中。
需要注意的是冀值，NSOperation是個抽象類也物，實際運用時中需要使用它的子類，有三種方式：
1列疗、使用子類NSInvocationOperation
2滑蚯、使用子類NSBlockOperation定義繼承自NSOperation的子類，
3作彤、通過實現(xiàn)內(nèi)部相應(yīng)的方法來封裝任務(wù)膘魄。
四、線程安全與線程鎖
1竭讳、線程安全：
- 線程管理安全：使用pthread 创葡、NSTread等線程手動管理的API需要注意。
- 多線程訪問數(shù)據(jù)安全：多線程中同時對一個數(shù)據(jù)或內(nèi)存塊進行操作的行為(讀绢慢、寫灿渴、增、刪胰舆、遍歷等等)骚露。
- 線程鎖使用安全：濫用互斥鎖導(dǎo)致死鎖。
2缚窿、線程鎖的原理分類:
- 互斥鎖（Mutex Lock）：互斥量是阻塞鎖棘幸。如果共享數(shù)據(jù)已經(jīng)有其他線程加鎖了，線程會進入休眠狀態(tài)等待鎖倦零，不會占用CPU資源误续。一旦被訪問的資源被解鎖，則等待資源的線程會被喚醒扫茅。
iOS中互斥鎖:
@synchronized,NSLock, pthread_mutex, NSConditionLock, NSCondition, NSRecursiveLock
- 自旋鎖（ Spin Lock） ：自旋鎖是一種非阻塞鎖蹋嵌。如果共享數(shù)據(jù)已經(jīng)有其他線程加鎖了，線程會以死循環(huán)的方式等待鎖葫隙，一直占用CPU資源栽烂，一旦被訪問的資源被解鎖，則等待資源的線程會立即執(zhí)行恋脚。用在以下情況：鎖持有的時間短腺办，而且線程并不希望在重新調(diào)度上花太多的成本。"原地打轉(zhuǎn)"糟描。
iOS中自旋鎖:
atomic菇晃、OSSpinLock、dispatch_semaphore_t
3蚓挤、兩種鎖適用于不同場景:
- 如果是多核處理器磺送，如果預(yù)計線程等待鎖的時間很短驻子，短到比線程兩次上下文切換時間要少的情況下，使用自旋鎖是劃算的估灿。
- 如果是多核處理器崇呵，如果預(yù)計線程等待鎖的時間較長，至少比兩次線程上下文切換的時間要長馅袁，建議使用互斥量域慷。
- 如果是單核處理器，一般建議不要使用自旋鎖汗销。因為犹褒，在同一時間只有一個線程是處在運行狀態(tài)，那如果運行線程發(fā)現(xiàn)無法獲取鎖弛针，只能等待解鎖叠骑，但因為自身不掛起，所以那個獲取到鎖的線程沒有辦法進入運行狀態(tài)削茁，只能等到運行線程把操作系統(tǒng)分給它的時間片用完宙枷，才能有機會被調(diào)度。這種情況下使用自旋鎖的代價很高茧跋。
- 如果加鎖的代碼經(jīng)常被調(diào)用慰丛，但競爭情況很少發(fā)生時，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用自旋鎖瘾杭，自旋鎖的開銷比較小诅病，互斥量的開銷較大≈嗨福互斥鎖線程進入休眠狀態(tài)既不占用CPU資源贤笆，但是為什么,互斥鎖比自旋鎖的效率低呢，是因為休眠页徐、以及喚醒休眠比忙等更加消耗CPU資源。
4银萍、線程鎖的功能分類:
- 讀寫鎖 （ rwlock ）：是計算機程序的并發(fā)控制的一種同步機制变勇，也稱“共享-互斥鎖”、多讀者-單寫者鎖) 用于解決多線程對公共資源讀寫問題贴唇。讀操作可并發(fā)重入搀绣，寫操作是互斥的。 讀寫鎖通常用互斥鎖戳气、條件變量链患、信號量實現(xiàn)。
- 條件鎖：就是條件變量瓶您，當(dāng)進程的某些資源要求不滿足時就進入休眠麻捻，也就是鎖住了纲仍。當(dāng)資源被分配到了，條件鎖打開贸毕，進程繼續(xù)運行郑叠。
- 信號量（semaphore）：是一種更高級的同步機制，互斥鎖可以說是semaphore在僅取值0/1時的特例明棍。信號量可以有更多的取值空間乡革，用來實現(xiàn)更加復(fù)雜的同步，而不單單是線程間互斥摊腋。
- 遞歸鎖 (recursivelock)：嚴(yán)格上講遞歸鎖只是互斥鎖的一個特例沸版，同樣只能有一個線程訪問該對象，但允許同一個線程在未釋放其擁有的鎖時反復(fù)對該鎖進行加鎖操作兴蒸。如果是加鎖的可以繼續(xù)加鎖视粮，繼續(xù)往下走，不同線程來訪問這段代碼時类咧，發(fā)現(xiàn)有鎖要等待所有鎖解開之后才可以繼續(xù)往下走馒铃。
