進程與線程

如果把進程比作是一個電子廠猫胁，那么線程就是一條條的流水作業(yè)線名眉。電子廠與電子廠之間相互獨立，當前電子廠的作業(yè)流水線只能使用自己電子廠資源。

進程

• 進程是指在系統(tǒng)中正在運行的一個應用程序鸣戴，比如打開的Xcode。
• 每個進程之間是獨立的粘拾，每個進程運行在專有的而且受保護的內(nèi)存空間中窄锅。

線程

• 線程是進程的基本執(zhí)行單元，一個進程的所有任務都在線程中執(zhí)行缰雇。
• 進程想要執(zhí)行任務入偷，必須要有線程，進程至少要有一條線程用來執(zhí)行任務械哟。
• 程序啟動時會默認開啟一條線程疏之，這條線程被稱為主線程或者UI線程。

進程與線程的關系

1. 線程是進程的執(zhí)行單元戒良，進程的所有任務都在線程中執(zhí)行体捏，同一個進程內(nèi)的線程共享進程資源。
2. 地址空間:同一進程的線程共享本進程的地址空間糯崎，而進程之間則是獨立的地址空間几缭。
3. 資源擁有:同一進程內(nèi)的線程共享本進程的資源如內(nèi)存、I/O沃呢、cpu等年栓，但是進程之間的 資源是獨立的。
4. 一個進程崩潰后薄霜，在保護模式下不會對其他進程產(chǎn)生影響某抓，但是一個線程崩潰整個進 程都死掉。所以多進程要比多線程健壯惰瓜。

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5. 進程切換時，消耗的資源大蛾绎，效率高昆箕。所以涉及到頻繁的切換時鸦列，使用線程要好于進程。同樣如果要求同時進行并且又要共享某些變量的并發(fā)操作为严，只能用線程不能用進程敛熬。
6. 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)行序列和程序入口第股。但是 線程不能獨立執(zhí)行应民，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執(zhí)行控制夕吻。
7. 線程是處理器調(diào)度的基本單位诲锹，但是進程不是。
8. 線程沒有地址空間,線程包含在進程地址空間中涉馅。

多線程

多線程原理

我們知道一個進程可以開啟多個線程归园，進程的所有任務都在線程中執(zhí)行，而一個線程中的任務是串行的稚矿，如果要在一個線程中執(zhí)行多個任務庸诱，那么只能一個一個地按順序執(zhí)行這些任務，也就是說晤揣，在同一時間內(nèi)桥爽，一個線程只能執(zhí)行一個任務，而在同一時刻昧识，一個CPU只能處理一條線程（只有一個線程在執(zhí)行任務）钠四，但CPU可以在多條線程之間快速的切換，只要切換的足夠快跪楞，就造成了多線程一同執(zhí)行的假象缀去。

多線程的優(yōu)缺點

優(yōu)點

• 能適當提高程序的執(zhí)行效率
• 能適當提高資源的利用率(CPU，內(nèi)存)
• 線程上的任務執(zhí)行完成后甸祭，線程會自動銷毀

缺點

• 開啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間(默認情況下缕碎，主線程占用1 MB，子線程都占用512 KB)
• 如果開啟大量的線程池户，會占用大量的內(nèi)存空間咏雌，降低程序的性能
• 線程越多，CPU在調(diào)用線程上的開銷就越大
• 程序設計更加復雜煞檩，比如線程間的通信处嫌、多線程的數(shù)據(jù)共享

那么提出一個疑問?如果進程開啟的線程非常非常多栅贴，會發(fā)生什么情況?

答：CPU會在許多線程之間調(diào)度斟湃，CPU會累死，會消耗大量的CPU資源, 而且每條線程被調(diào)度執(zhí)行的頻次會降低（線程的執(zhí)行效率也就降低）

主線程（UI線程）

一個iOS程序運行后檐薯，默認會開啟一條線程凝赛，稱為主線程或UI線程.主線程主要用于顯示刷新UI界面注暗，處理UI事件。（最好不要將耗時任務放在主線程處理墓猎，耗時操作會卡住主線程捆昏，造成一種卡頓現(xiàn)象。）

線程的生命周期

image.png

• 新建：實例化線程對象
• 就緒：向線程對象發(fā)送start消息毙沾，線程對象并不會立即執(zhí)行骗卜，線程對象被加入可調(diào)度線程池等待CPU調(diào)度。
• 運行：CPU 負責調(diào)度可調(diào)度線程池中線程的執(zhí)行左胞。線程執(zhí)行完成之前寇仓，狀態(tài)可能會在就緒和運行之間來回切換。就緒和運行之間的狀態(tài)變化由CPU負責烤宙，程序員不能干預遍烦。
• 阻塞：當滿足某個預定條件時，可以使用休眠或鎖躺枕，阻塞線程執(zhí)行服猪。當進入休眠時，會重新將線程加入就緒狀態(tài)中拐云。休眠的時間設置參數(shù)為：sleepForTimeInterval（休眠指定時長）罢猪，sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥鎖）慨丐。
• 死亡：正常死亡坡脐，線程執(zhí)行完畢。非正常死亡房揭，當滿足某個條件后备闲，在線程內(nèi)部中止執(zhí)行(或者在主線程中止線程對象)

關于線程的exit和cancel：

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

[thread cancel]：并不會直接取消正在執(zhí)行的線程捅暴，只是給線程對象添加 isCancelled 標記

線程的優(yōu)先級

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));
復制代碼

上述優(yōu)先級從高到低恬砂，但是，線程執(zhí)行的快慢蓬痒，除了看線程的優(yōu)先級泻骤，還需要查看執(zhí)行任務資源的大小（即任務的復雜度）梧奢、以及 CPU調(diào)度情況狱掂。

線程池

image.png

線程安全

當多個線程訪問同一塊資源時，很容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯亂和數(shù)據(jù)安全問題亲轨。就好像售票系統(tǒng)趋惨，如果多人同時在售票，每個人的售票處理的速度不一樣惦蚊，那么就會造成余票的數(shù)量飄忽不定器虾。 那么解決多線程安全問題有兩種方法：互斥鎖和自旋鎖讯嫂。

互斥鎖和自旋鎖

互斥鎖（同步鎖）：@synchronized

@synchronized(鎖對象) {
    // 需要鎖定的代碼
}
復制代碼

• 用于保護臨界區(qū),保證鎖內(nèi)的代碼，同一時間兆沙，只有一條線程能夠執(zhí)行欧芽。
• 判斷的時候鎖對象要存在，如果代碼中只有一個地方需要加鎖葛圃，大多都使用self作為鎖對象千扔，這樣可以避免單獨再創(chuàng)建一個鎖對象。
• 加了互斥鎖的代碼库正，當有新的線程訪問時昏鹃，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诀诊。
• 鎖對象一定要保證所有的線程都能夠訪問洞渤。
• 互斥鎖的鎖定范圍，應該盡量小属瓣，鎖定范圍越大载迄，效率越差。

自旋鎖

自旋鎖不同于互斥鎖通過線程休眠來達到阻塞抡蛙，自旋鎖是線程在獲取鎖對象之前护昧，一直處于忙等詢問的阻塞狀態(tài)。

加了自旋鎖粗截，當新線程訪問代碼時惋耙，如果發(fā)現(xiàn)有其他線程正在鎖定代碼，新線程會用死循環(huán)的方式熊昌，一直等待鎖定的代碼執(zhí)行完成绽榛。相當于不停嘗試執(zhí)行代碼，比較消耗性能婿屹。其中灭美，屬性修飾符atomic，本身就有一把自旋鎖(atomic又稱為原子鎖)昂利。

atomic和nonatomic

atomic 原子屬性,是默認屬性届腐，是線程安全的，保證同一時間只有一個線程能夠寫入蜂奸，但是同一個時間多個線程都可以取值犁苏。使用其需要消耗大量的資源。

nonatomic 非原子屬性,是非線程安全的扩所，同一時間可以有很多線程讀和寫围详。相比atomic效率更高。

在iOS開發(fā)的過程中碌奉，建議將所有屬性都聲明為nonatomic短曾，開發(fā)過程中盡量避免多線程搶奪同一資源，將資源的業(yè)務邏輯交由服務端完成赐劣。

線程之間的通信

在蘋果的文檔Threading Programming Guide文檔的Table 1-3 Communication mechanisms部分嫉拐，有提到關于線程之間通信的方式。

截屏2021-06-18 下午2.16.46.png

簡單用代碼介紹一下常用的通信方式：

1. 直接消息: 通過performSelector的一系列方法

//異步下載圖像
[self performSelectorInBackground:@selector(downloadImageWithURL:) withObject:url];

- (void)downloadImageWithURL:(NSURL *)url {
    // 1\. 獲取二進制數(shù)據(jù)
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

    // 2\. 將二進制數(shù)據(jù)轉換成 image
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];

    // 3\. 在主線程更新 UI
    // waitUntilDone: 是否等待 updateImage: 執(zhí)行完成
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
    NSLog(@"完成");
}
復制代碼

2. 端口通信

ZhModel.h

@interface ZhModel : NSObject
- (void)modelLaunchThreadWithPort:(NSPort *)port;
@end

ZhModel.m

#import "ZhModel.h"
@interface ZhModel()<NSMachPortDelegate>
@property (nonatomic, strong) NSPort *vcPort;
@property (nonatomic, strong) NSPort *myPort;
@end

@implementation ZhModel
- (void)modelLaunchThreadWithPort:(NSPort *)port{

    NSLog(@"VC 響應了Model里面");
    @autoreleasepool {
        //1\. 保存主線程傳入的port
        self.vcPort = port;
        //2\. 設置子線程名字
        [[NSThread currentThread] setName:@"ZhModelThread"];
        //3\. 開啟runloop
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        //4\. 創(chuàng)建自己port
        self.myPort = [NSMachPort port];
        //5\. 設置port的代理回調(diào)對象
        self.myPort.delegate = self;
        //6\. 完成向主線程port發(fā)送消息
        [self sendPortMessage];
    }
}
//   完成向主線程發(fā)送port消息
- (void)sendPortMessage {

    NSData *data1 = [@"ZhModel" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSMutableArray *array  =[[NSMutableArray alloc]initWithArray:@[data1,self.myPort]];
    // 發(fā)送消息到VC的主線程
    // 第一個參數(shù)：發(fā)送時間魁兼。
    // msgid 消息標識婉徘。
    // components，發(fā)送消息附帶參數(shù)咐汞。
    // reserved：為頭部預留的字節(jié)數(shù)
    [self.vcPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                          msgid:10086
                     components:array
                           from:self.myPort
                       reserved:0];

}

#pragma mark - NSMachPortDelegate
- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message{
    NSLog(@"model:handlePortMessage  == %@",[NSThread currentThread]);
    NSLog(@"從VC 傳過來一些信息:");
    NSLog(@"components == %@",[message valueForKey:@"components"]);
    NSLog(@"receivePort == %@",[message valueForKey:@"receivePort"]);
    NSLog(@"sendPort == %@",[message valueForKey:@"sendPort"]);
    NSLog(@"msgid == %@",[message valueForKey:@"msgid"]);
}
@end
復制代碼

PortViewController.m

#import "PortViewController.h"
#import <objc/runtime.h>
#import "ZhModel.h"

@interface PortViewController ()<NSMachPortDelegate>
@property (nonatomic, strong) NSPort *myPort;
@property (nonatomic, strong) ZhModel *zhmodel;

@end

@implementation PortViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //1\. 創(chuàng)建主線程的port
    // 子線程通過此端口發(fā)送消息給主線程
    self.myPort = [NSMachPort port];
    //2\. 設置port的代理回調(diào)對象
    self.myPort.delegate = self;
    //3\. 把port加入runloop盖呼，接收port消息
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:self.myPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];

    self.zhmodel = [[ZhModel alloc] init];
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(modelLaunchThreadWithPort:)
                             toTarget:self.zhmodel
                           withObject:self.myPort];

}

#pragma mark - NSMachPortDelegate

- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message{

    NSLog(@"VC == %@",[NSThread currentThread]);
    NSLog(@"從person 傳過來一些信息:");
    NSArray *messageArr = [message valueForKey:@"components"];
    NSString *dataStr   = [[NSString alloc] initWithData:messageArr.firstObject  encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"傳過來一些信息 :%@",dataStr);
    NSPort  *destinPort = [message valueForKey:@"remotePort"];
    if(!destinPort || ![destinPort isKindOfClass:[NSPort class]]){
        NSLog(@"傳過來的數(shù)據(jù)有誤");
        return;
    }

    NSData *data = [@"VC收到!!!" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSMutableArray *array  =[[NSMutableArray alloc]initWithArray:@[data,self.myPort]];

    // 非常重要,如果你想在Person的port接受信息,必須加入到當前主線程的runloop
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:destinPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    NSLog(@"Thread == %@",[NSThread currentThread]);
    BOOL success = [destinPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                                        msgid:10010
                                   components:array
                                         from:self.myPort
                                     reserved:0];
    NSLog(@"%d",success);
}
@end
復制代碼

截屏2021-06-18 下午3.01.00.png

多線程的實現(xiàn)方式

多線程的四種實現(xiàn)方式分別是：pthread，NSThread化撕，GCD几晤， NSOperation。

image.png

下面通過代碼來看一下這四種實現(xiàn)方式：

1. pthread

/**
     pthread_create 創(chuàng)建線程
     參數(shù)：
     1\. pthread_t：要創(chuàng)建線程的結構體指針植阴，通常開發(fā)的時候蟹瘾，如果遇到 C 語言的結構體，類型后綴 `_t / Ref` 結尾
     同時不需要 `*`
     2\. 線程的屬性掠手，nil(空對象 - OC 使用的) / NULL(空地址憾朴，0 C 使用的)
     3\. 線程要執(zhí)行的`函數(shù)地址`
     void *: 返回類型，表示指向任意對象的指針喷鸽，和 OC 中的 id 類似
     (*): 函數(shù)名
     (void *): 參數(shù)類型众雷，void *
     4\. 傳遞給第三個參數(shù)(函數(shù))的`參數(shù)`

     返回值：int
     0          創(chuàng)建線程成功！成功只有一種可能
     非 0       創(chuàng)建線程失敗的錯誤碼做祝，失敗有多種可能砾省！
 */

pthread_t threadId = NULL;
char *cString = "HelloWorld";
int result = pthread_create(&threadId, NULL, pthreadTest, cString);
if (result == 0) {
    NSLog(@"成功");
} else {
    NSLog(@"失敗");
}

void *pthreadTest(void *para){
    // __bridge 將 C 語言的類型橋接到 OC 的類型
    NSString *name = (__bridge NSString *)(para);
    NSLog(@"===>%@ %@", [NSThread currentThread], name);
    return NULL;
}   
復制代碼

2.NSThread

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadTest) toTarget:self withObject:nil];
復制代碼

3. GCD

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        [self threadTest];
});
復制代碼

4. NSOperation

[[[NSOperationQueue alloc] init] addOperationWithBlock:^{
        [self threadTest];
}];

- (void)threadTest{
    NSLog(@"begin");
    NSLog(@"over");
}

未完待續(xù)......

作者：Henry_Jeannie
鏈接：https://juejin.cn/post/6975035560607875080
來源：掘金