回顧

在上一篇博客中，我們已經(jīng)對進(jìn)程和線程有了一定的了解了列粪，那么本次博客將繼續(xù)講解宵晚！

在這里插入圖片描述

1. 線程的生命周期

在程序開發(fā)中有個名詞——生命周期寻定，我們都知道APP 有生命周期襟衰，那么線程的生命周期是什么樣子的呢？

• 線程生命周期

線程生命周期大致包括 5個階段：

• 新建：通過創(chuàng)建線程的函數(shù)方法逊躁，創(chuàng)建一個新的線程谢翎。

• 就緒：線程創(chuàng)建完成之后，調(diào)用 start方法走趋，線程這個時候處于等待狀態(tài)衅金，等待CPU時間分配執(zhí)行。

• 運(yùn)行：當(dāng)就緒的線程被調(diào)度并獲得CPU資源時吆视，便進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)典挑，run方法定義了線程的操作和功能。

• 阻塞：在運(yùn)行狀態(tài)的時候啦吧，可能因為某些原因?qū)е逻\(yùn)行狀態(tài)的線程變成了阻塞狀態(tài)您觉，比如sleep、等待同步鎖授滓，線程就從可調(diào)度線程池移出琳水，處于了阻塞狀態(tài)，這個時候sleep到時般堆、獲取同步鎖在孝，此時會重新添加到可調(diào)度線程池。喚醒的線程不會立刻執(zhí)行run方法淮摔，它們要再次等待CPU分配資源進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)私沮。

• 銷毀：如果線程正常執(zhí)行完畢后或線程被提前強(qiáng)制性的終止或出現(xiàn)異常導(dǎo)致結(jié)束，那么線程就要被銷毀和橙，釋放資源仔燕。

• 線程生命周期大致流程圖如下：

線程生命周期

• 線程狀態(tài)演練方法

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) NSThread *p_thread;
@end

/**
 線程狀態(tài)演練方法
 */
- (void)testThreadStatus{
    NSLog(@"%d %d %d", self.p_thread.isExecuting, self.p_thread.isFinished, self.p_thread.isCancelled);
    // 生命周期
    
    if ( self.p_thread == nil || self.p_thread.isCancelled || self.p_thread.isFinished ) {
        self.p_thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
        self.p_thread.name = @"跑步線程";
        [self.p_thread start];
    }else{
        NSLog(@"%@ 正在執(zhí)行",self.p_thread.name);
        
        //可以設(shè)置彈框 ---> 這里直接制空
        [self.p_thread cancel];
        self.p_thread = nil;
    }
}

2. 線程池的運(yùn)行策略

線程池運(yùn)行策略

線程的工作執(zhí)行，也是有一定的策略的魔招，線程池的運(yùn)行策略見下圖：

線程池運(yùn)行策略

隊列滿了且正在運(yùn)行的線程數(shù)量晰搀，小于最大線程數(shù)，則新進(jìn)來的任務(wù)办斑，會直接創(chuàng)建非核心線程來完成工作外恕。

• 線程池剛創(chuàng)建時，里面沒有一個線程。任務(wù)隊列是作為參數(shù)傳進(jìn)來的鳞疲。不過罪郊，就算隊列里面有任務(wù)，線程池也不會馬上執(zhí)行它們建丧。

當(dāng)有任務(wù)時排龄，線程池會做如下判斷：

• 如果正在運(yùn)行的線程數(shù)量小于corePoolSize（核心線程數(shù)），那么馬上創(chuàng)建核心線程運(yùn)行這個任務(wù)翎朱。
  如果正在運(yùn)行的線程數(shù)量大于或等于corePoolSize橄维，那么將這個任務(wù)放入隊列。
• 如果這時候隊列滿了拴曲，而且正在運(yùn)行的線程數(shù)量小于maximumPoolSize（最大線程數(shù)）争舞，那么還是要創(chuàng)建非核心線程立刻運(yùn)行這個任務(wù)。
• 如果隊列滿了澈灼，而且正在運(yùn)行的線程數(shù)量大于或等于maximumPoolSize竞川，那么線程池飽和策略將進(jìn)行處理。

• 當(dāng)一個線程完成任務(wù)時叁熔，它會從隊列中取下一個任務(wù)來執(zhí)行委乌。
• 當(dāng)一個線程無事可做，超過一定的時間（超時）時荣回，線程池會判斷遭贸，如果當(dāng)前運(yùn)行的線程數(shù)大于corePoolSize，那么這個線程就被停掉心软。所以線程池的所有任務(wù)完成后壕吹，它最終會收縮到corePoolSize的大小。

飽和策略

如果線程池中的隊列滿了删铃，并且正在運(yùn)行的線程數(shù)量已經(jīng)大于等于當(dāng)前線程池的最大線程數(shù)耳贬，則進(jìn)行飽和策略的處理。

• AbortPolicy直接拋出RejectedExecutionExeception異常來阻?系統(tǒng)正常運(yùn)?
• CallerRunsPolicy將任務(wù)回退到調(diào)?者
• DisOldestPolicy丟掉等待最久的任務(wù)
• DisCardPolicy直接丟棄任務(wù)

3. 自旋鎖和互斥鎖

任務(wù)的執(zhí)行速度的影響因素:

• CPU
• 任務(wù)的復(fù)雜度
• 任務(wù)的優(yōu)先級
• 線程的狀態(tài)

優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)：

• IO 密集型（頻繁的等待線程）
• CPU密集型（很少等待）
• IO 比CPU更容易得到優(yōu)先級的提升
• 餓死：一直等不到執(zhí)行猎唁，就丟棄了
• 調(diào)度：優(yōu)先級和CPU的調(diào)度還有關(guān)系

優(yōu)先級因素：

• 用戶指定優(yōu)先級 --> threadPriority

    // 主線程 512K
    NSLog(@"%@ %zd K %d", [NSThread currentThread], [NSThread currentThread].stackSize / 1024, [NSThread currentThread].isMainThread);
    NSThread *t = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(eat) object:nil];
    // 1. name - 在應(yīng)用程序中咒劲，收集錯誤日志，能夠記錄工作的線程诫隅！
    // 否則不好判斷具體哪一個線程出的問題缎患！
    t.name = @"吃飯線程";
    //This value must be in bytes and a multiple of 4KB.
    t.stackSize = 1024*1024;
    t.threadPriority = 1;
    [t start];
    

threadPriority

threadPriority

threadPriority 替換成qualityOfService(NSQualityOfService)

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));

• 等待的頻繁度
• 長時間不執(zhí)行(也會提升優(yōu)先級)

下圖是：一個線程的經(jīng)典案例

線程經(jīng)典案例

車票售賣系統(tǒng)，是線程工作執(zhí)行的經(jīng)典案例阎肝，如果是多個窗口賣票，會出現(xiàn)資源搶奪的情況肮街，如果 A窗口賣了一張票风题，B窗口不知道，或者同一時間 AB窗口賣同一張票，這樣就會出現(xiàn)問題沛硅，所有鎖的意義重大了眼刃。

自旋鎖

是一種用于保護(hù)多線程共享資源的鎖，與一般互斥鎖（mutex）不同之處在于當(dāng)自旋鎖嘗試獲取鎖時摇肌，以忙等待（busy waiting）的形式不斷地循環(huán)檢查鎖是否可用擂红；當(dāng)上一個線程的任務(wù)沒有執(zhí)行完畢的時候（被鎖住），那么下一個線程會一直等待（不會睡眠)围小；當(dāng)上一個線程的任務(wù)執(zhí)行完畢昵骤，下一個線程會立即執(zhí)行。

在多CPU的環(huán)境中肯适，對持有鎖較短的程序來說变秦，使用自旋鎖代替一般的互斥鎖往往能夠提高程序的性能。

自旋鎖：OSSpinLock框舔、dispatch_semaphore_t

互斥鎖

當(dāng)上一個線程的任務(wù)沒有執(zhí)行完畢的時候（被鎖住）蹦玫，那么下一個線程會進(jìn)入睡眠狀態(tài)等待任務(wù)執(zhí)行完畢，當(dāng)上一個線程的任務(wù)執(zhí)行完畢刘绣，下一個線程會自動喚醒然后執(zhí)行任務(wù)樱溉，該任務(wù)也不會立刻執(zhí)行，而是成為可執(zhí)行狀態(tài)（就緒）纬凤。
互斥鎖：pthread_mutex福贞、@ synchronized、NSLock移斩、NSConditionLock肚医、NSCondition、NSRecursiveLock

自旋鎖和互斥鎖的特點

• 自旋鎖會忙等向瓷，所謂忙等肠套，即在訪問被鎖資源時，調(diào)用者線程不會休眠猖任，而是不停循環(huán)在那里你稚，直到被鎖資源釋放鎖。

• 互斥鎖會休眠朱躺，所謂休眠刁赖，即在訪問被鎖資源時，調(diào)用者線程會休眠长搀，此時cpu可以調(diào)度其他線程工作宇弛，直到被鎖資源釋放鎖。此時會喚醒休眠線程源请。

自旋鎖優(yōu)缺點

• 優(yōu)點在于枪芒，因為自旋鎖不會引起調(diào)用者睡眠彻况，所以不會進(jìn)行線程調(diào)度，CPU時間片輪轉(zhuǎn)等耗時操作舅踪。所有如果能在很短的時間內(nèi)獲得鎖纽甘，自旋鎖的效率遠(yuǎn)高于互斥鎖。
• 缺點在于抽碌，自旋鎖一直占用CPU悍赢，他在未獲得鎖的情況下，一直運(yùn)行自旋货徙，所以占用著CPU左权，如果不能在很短的時間內(nèi)獲得鎖，這無疑會使CPU效率降低破婆。自旋鎖不能實現(xiàn)遞歸調(diào)用涮总。

原子屬性和非原子屬性

OC在定義屬性時有nonatomic和atomic兩種選擇，默認(rèn)為atomic屬性

• atomic：原子屬性祷舀，為setter方法加自旋鎖（即為單寫多讀）
• nonatomic：非原子屬性瀑梗，不會為setter方法加鎖

nonatomic和atomic的對比

• atomic：線程安全，需要消耗大量的資源裳扯；
• nonatomic：非線程安全抛丽，適合內(nèi)存小的移動設(shè)備。

平時開發(fā)需要注意

• 如非需搶占資源的屬性（如購票饰豺，充值）亿鲜，所有屬性都聲明為nonatomic。
• 盡量避免多線程搶奪同一塊資源冤吨。
• 盡量將加鎖蒿柳、資源搶奪的業(yè)務(wù)邏輯交給服務(wù)器端處理，減小移動客戶端的壓力漩蟆。

atomic底層實現(xiàn)自旋鎖

我們在探索類的本質(zhì)時垒探，對于類的屬性的setter方法，系統(tǒng)會有一層objc_setProperty的封裝（libobjc.dylib源碼）

objc_setProperty

• objc_setProperty_atomic_copy

void objc_setProperty_atomic_copy(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset)
{
    reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, true, true, false);
}

• reallySetProperty

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);
    }

    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;        
        slotlock.unlock();
    }

    objc_release(oldValue);
}

Spinlock是Linux內(nèi)核中提供的一種比較常見的鎖機(jī)制捺癞，自旋鎖是原地等待的方式解決資源沖突的夷蚊，即，一個線程獲取了一個自旋鎖后髓介，另外一個線程期望獲取該自旋鎖惕鼓，獲取不到，只能夠原地打轉(zhuǎn)（忙等待）唐础。由于自旋鎖的這個忙等待的特性呜笑，注定了它使用場景上的限制 —— 自旋鎖不應(yīng)該被長時間的持有（消耗CPU資源）夫否。

糾正一下

atomic只是原子屬性的一個標(biāo)識符，所以atomic并不是自旋鎖叫胁，底層是通過Spinlock實現(xiàn)自旋鎖。

線程和Runloop的關(guān)系

1. runloop與線程是一一對應(yīng)的汞幢，一個runloop對應(yīng)一個核心的線程驼鹅，為什么說是核心的，是因為runloop是可以嵌套的森篷，但是核心的只能有一個输钩，他們的關(guān)系保存在一個全局
   的字典里。
2. runloop是來管理線程的仲智，當(dāng)線程的runloop被開啟后买乃，線程會在執(zhí)行完任務(wù)后進(jìn)入休
   眠狀態(tài)，有了任務(wù)就會被喚醒去執(zhí)行任務(wù)钓辆。
3. runloop在第一次獲取時被創(chuàng)建剪验，在線程結(jié)束時被銷毀。
4. 對于主線程來說前联，runloop在程序一啟動就默認(rèn)創(chuàng)建好了功戚。
5. 對于子線程來說，runloop是懶加載的似嗤，只有當(dāng)我們使用的時候才會創(chuàng)建啸臀，所以在子線程用定時器要注意:確保子線程的runloop被創(chuàng)建，不然定時器不會回調(diào)烁落。

4. iOS技術(shù)方案

多線程有Pthread乘粒、NSThread、GCD伤塌、NSOperation 等方案灯萍。

iOS技術(shù)方案如下圖：

iOS技術(shù)方案

關(guān)于多線程的更多信息，可以去蘋果文檔去看看
Threading Programming Guide

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