基本概念

線程：一個應(yīng)用的運行是一個進程偶房，一個進程中可以開啟多條線程執(zhí)行不同的任務(wù)诱建；線程是CPU分配和調(diào)度資源的最小單位骇陈；多線程并發(fā)其實是GPU的快速切換調(diào)度處理的假象 / 但并行是充分利用多核在多個線程上同步進行漩绵；可以提高CPU利用率和運行效率嘁圈，但是過多時會占用內(nèi)存空間殉农，降低性能刀脏。

任務(wù)：狹義上指的閉包內(nèi)的代碼（如GCD的block中），分sync和async超凳。

隊列：存放待執(zhí)行任務(wù)的等待隊列愈污，F(xiàn)IFO原則耀态，分串行和并行。

線程同步：加鎖暂雹；串行隊列首装；NSOperation的最大并發(fā)數(shù)=1；各種Lock杭跪；信號量簿盅；CGD的barrierAPI。

多線程的優(yōu)缺點：提升效率揍魂，充分利用多核特性桨醋；但創(chuàng)建線程需要資源消耗（子線程內(nèi)存占用約512kb）；切換線程需要消耗CPU现斋。

GCD

原理：時間片的輪換喜最。讓任務(wù)在線程中排隊，根據(jù)可用資源安排內(nèi)核處理庄蹋，底層也是用線程實現(xiàn)瞬内，但是自動管理線程的聲明周期，不用關(guān)心線程具體的使用情況限书。

源碼中的隊列

1個主線程管理池+1個其他線程管理池+14個runloop隊列虫蝶。其中12個可以通過各種API獲取：create（優(yōu)先級倦西，overcommit能真，串行并行）組合獲取。

根據(jù)qos扰柠，overcommit的組合粉铐，root queue一共12個。

主線程和主隊列

主隊列任務(wù)一定在主線程執(zhí)行卤档，但為了線程切換造成的性能消耗蝙泼，主線程有空時可能會執(zhí)行其他隊列的任務(wù)（CPU的寄存器）。注：在GCD中我們永遠無法直接接觸到線程劝枣，而是根據(jù)隊列和任務(wù)的組合選用汤踏，讓系統(tǒng)自動對線程進行管理調(diào)度。

常用API

dispatch_queue_create創(chuàng)建隊列（SERIAL串行舔腾，CONCURRENT并行）

dispatch_get_main_queue()獲取主隊列

dispatch_get_global_queue全局隊列（入?yún)os優(yōu)先級+overcommit是否過量開線程）

dispatch_after延遲把任務(wù)加入某隊列

dispatch_barrier_async柵欄方法控制（自定義并行隊列中分割任務(wù)執(zhí)行順序）

dispatch_once創(chuàng)建單例（保證程序中只執(zhí)行一次）

dispatch_semaphore_create / signal / wait創(chuàng)建信號量（顆粒度更細的任務(wù)順序控制溪胶，即加鎖原理）

注1：overcommit，串行默認(rèn)true表示內(nèi)存不足也得開線程完成串行任務(wù)琢唾，并行false载荔。

注2：barrier_sync和barrier_async都是等前面的執(zhí)行完再執(zhí)行自己的任務(wù)，再執(zhí)行后面的任務(wù)采桃。區(qū)別就是是否等待自己的任務(wù)執(zhí)行完懒熙，再把后面的任務(wù)加入隊列（但都不會執(zhí)行）丘损。

dispatch_once

多用于創(chuàng)建單例和方法交換。

單例原理：dispatch_once_t是個整型工扎，外部初始化標(biāo)記徘钥，dispatch_once(&onceToken)在初始化的標(biāo)記下，才會執(zhí)行Block肢娘，執(zhí)行后標(biāo)記掉dispatch_atomic_cmpxchg { block; dispatch_atomic_barrier內(nèi)存屏障呈础，加鎖原子操作賦值onceToken }（所以要傳地址），barrier實現(xiàn)原子操作保證線程安全橱健，標(biāo)記之后再次進入會調(diào)用_dispatch_hardware_pause以節(jié)省CPU而钞。

注意事項：單例的block調(diào)用期間，多次請求同類的dispatch_once會造成請求鏈表無限增長拘荡，造成死鎖臼节。

單例的弊端：濫用單例會浪費資源占用內(nèi)存；沒有抽象層接口珊皿，難以擴展网缝；職責(zé)過重未被單一職責(zé)；可能被回收造成狀態(tài)丟失蟋定。

死鎖

核心原因：任務(wù)的相互等待粉臊，如單例多次調(diào)用，串行隊列追加同步任務(wù)驶兜。

具體原因：首先得是個同步任務(wù)操作（即sync一個任務(wù)）扼仲，然后要sync到一個當(dāng)前隊列（別的隊列肯定不阻塞啦），最后這個隊列要串行的（并行的當(dāng)然不阻塞啦）促王，典型的就是主線程sync犀盟。

總結(jié)：當(dāng)前隊列（串行）追加同步任務(wù)（sync）。

注1：由于主隊列的任務(wù)一定在主線程上執(zhí)行蝇狼，所以在主線程往主隊列追加任務(wù)，就是往主線程同步任務(wù)倡怎，會阻塞主線程迅耘，造成死鎖。

注2：死鎖其實是隊列任務(wù)互相等待引起的监署，而與線程無關(guān)颤专。比如自建兩個隊列，嵌套sync钠乏，雖然是在同一線程執(zhí)行（因為是sync）栖秕，但因為隊列不同所以不會造成死鎖。

其他多線程方案

pthread：C語言跨平臺的多線程API

NSThread：面向?qū)ο蟮妮p量級多線程方案晓避，手動管理生命周期簇捍，適合簡單的場景只壳。

NSOpertaion+NSOperationQueue：對GCD的封裝，面向?qū)ο笫钏埽稍O(shè)置跨隊列的依賴關(guān)系吼句。

線程同步

為了防止多個線程搶奪同一個資源造成的數(shù)據(jù)安全問題，給線程加鎖的操作事格。

原子操作：atomic修飾符-getter惕艳、setter加鎖。

OSMemoryBarrier：內(nèi)存屏障確保書寫順序驹愚。

Volatile：修飾變量远搪，告訴編譯器變量從內(nèi)存而非寄存器讀取。

其他加鎖：OSSpinLock自旋鎖逢捺，pthread_mutex互斥鎖终娃，@synchronize同步鎖，dispatch_semaphore信號量加鎖蒸甜。

同步執(zhí)行

GCD：將操作放入自建隊列（串行）中棠耕。

NSOperation：任務(wù)放入自建隊列并將最大并發(fā)數(shù)設(shè)置為1，設(shè)置跨隊列依賴addDependency柠新。

barrier_sync：柵欄方法窍荧，并發(fā)隊列中先執(zhí)行之前的。

semphore：信號量恨憎，收到signal+1蕊退，執(zhí)行wait-1，<=0等待憔恳。

------舊版------

關(guān)鍵字：多線程原理瓤荔，線程（偏CPU），隊列（串行并行）钥组，任務(wù)（同步異步）输硝，GCD及其源碼分析，@synchronized

概述

一個應(yīng)用的運行是一個進程程梦，一個進程中可以開啟多條線程用于執(zhí)行不同的任務(wù)点把，提高程序執(zhí)行效率，但線程過多會占用大量內(nèi)存空間屿附，降低性能郎逃。iOS中一般將UI事件的處理放在主線程里。一些耗時的操作不應(yīng)放入主線程挺份，應(yīng)新開線程異步執(zhí)行褒翰。

原理：CPU只能處理一條線程，多線程實際上是CPU快速在多條線程間不斷切換調(diào)度，而切換調(diào)度的時間特別快优训，造成了并發(fā)處理的假象朵你。

隊列與線程：隊列是對線程的包裝，便于使用型宙，偏程序（線程偏CPU）撬呢。隊列的底層也是通過線程實現(xiàn)的。

任務(wù)（狹義的閉包含義妆兑，非進程層級的廣義任務(wù)）：根據(jù)是否開辟新線程魂拦，任務(wù)分為同步和異步，區(qū)別為是否阻塞當(dāng)前線程搁嗓。

iOS中的多線程

pthread

一套C語言編寫的通用的跨平臺的多線程API芯勘，iOS中不常用。忽略腺逛。

NSThread

面向?qū)ο蟮妮p量級的多線程方案荷愕，更直觀的控制線程對象，需手動管理生命周期棍矛，但多適用于比較簡單的場景安疗。

創(chuàng)建

1、實例方法創(chuàng)建（不需要start立刻創(chuàng)建線程）

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(doSomething:) toTarget:self withObject:nil];

2够委、performSelector創(chuàng)建（swift中取消了performSelector:方法）

[self performSelectorInBackground:@selector(SEL) withObject:nil];

3荐类、類方法創(chuàng)建（需手動start，可在線程開始前配置stack大小和優(yōu)先級）

NSThread * myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(id)argument];

[myThread start];

屬性和用法

@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;

@property?(readonly,?getter=isFinished)?BOOL?finished;

@property?(readonly,?getter=isCancelled)?BOOL?cancelled;

@property (nullable, copy) NSString *name;

- (void)start;

- (void)cancel;

+ (void)exit;

+ (NSThread *)mainThread;

+ (NSThread *)currentThread;

+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)time;

GCD

蘋果為多核開發(fā)的多線程解決方案茁帽，自動利用CPU內(nèi)核玉罐，自動管理線程的生命周期，使用了C語言和Block潘拨，更加方便靈活的管理多線程吊输。

隊列

串行隊列（連續(xù)性）：FIFO（先進先出）串聯(lián)執(zhí)行。包括主隊列dispatch_get_main_queue和自建隊列dispatch_queue_create（第一個參數(shù)表示隊列名铁追，第二個參數(shù)表示隊列類型：DISPATCH_QUEUE_SERIAL或NULL創(chuàng)建串行隊列季蚂，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT創(chuàng)建并行隊列）。

并行隊列（并發(fā)性）：全局并行隊列dispatch_get_global_queue（priority指定優(yōu)先級脂信，flag作為保留參數(shù)備用）癣蟋。

注：dispatch_queue_create+DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT創(chuàng)建自建并行隊列是沒有必要的，所有并發(fā)操作應(yīng)放在全局并行隊列中以節(jié)省開銷狰闪。

任務(wù)（即一段代碼）

dispatch_sync：創(chuàng)建同步執(zhí)行任務(wù)，阻塞當(dāng)前線程直到block結(jié)束濒生，在主線程直接調(diào)用會死鎖：

dispatch_sync(any queue, ^{ // 死鎖 });

在其他串行線程中埋泵，創(chuàng)建同步任務(wù)也會死鎖：

dispatch_sync(create_queue, ^{

? ? ? ? // 當(dāng)前調(diào)用棧向其他隊列（自建隊列）提交block是可以執(zhí)行的

? ? ? ? dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{??// 死鎖? });

});

dispatch_async：創(chuàng)建異步執(zhí)行任務(wù)，不阻塞當(dāng)前線程（或者說新開了線程執(zhí)行任務(wù)）。

參數(shù)：一個隊列丽声，一個block礁蔗，block會在指定的隊列里按照其串行或并行屬性執(zhí)行。

用法和實例

1雁社、不阻塞當(dāng)前線程的情況下浴井，在主隊列中強行插入串行任務(wù)

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ });

注：如sdwebimage下載圖片時，processblock回調(diào)中的UI更新操作應(yīng)插入主線程霉撵，否則不能實時更新UI磺浙。

2、不阻塞當(dāng)前線程的情況下徒坡，在全局隊列中加入并行任務(wù)

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ });

3撕氧、異步在自定義隊列中插入串行任務(wù)

dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create(“test.myQueue", NULL);

dispatch_async(urls_queue, ^{ });

dispatch_release(urls_queue); //釋放隊列（提前結(jié)束線程）

4、隊列組

dispatch_group_t?group?=?dispatch_group_create(); ?//創(chuàng)建隊列組

dispatch_queue_t?queue?=?dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,?0); ?//全局并行隊列

dispatch_group_async(group,?queue,?^{ ?//任務(wù)一 ?});

dispatch_group_async(group,?dispatch_get_main_queue(),?^{ ?//任務(wù)二 ?});

dispatch_group_enter(group); //標(biāo)志隊列組內(nèi)的異步任務(wù)開始喇完，類似引用計數(shù)+1

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

? ? ? //任務(wù)三（任務(wù)中可嵌套處理異步操作伦泥，即處理異步任務(wù)的同步）

? ? ?sleep(5); ?//異步操作

? ? ?dispatch_group_leave(group); ?//標(biāo)志異步任務(wù)結(jié)束，一般寫在異步操作完成的block內(nèi)實現(xiàn)隊列組內(nèi)任務(wù)完成的統(tǒng)一通知

});

dispatch_group_notify(group,?dispatch_get_main_queue(),?^{ ? //當(dāng)group組中的任務(wù)都完成后锦溪，會自動通知 ? });

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

? ? dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 5 * NSEC_PER_SEC));? //監(jiān)聽group隊列組中的全部任務(wù)并設(shè)置超時時間

? ? //此處執(zhí)行和dispatch_group_notify的block參數(shù)中一樣的內(nèi)容

});

注：上述三個任務(wù)（全局隊列+主隊列+全局隊列中的異步任務(wù)）執(zhí)行順序嚴(yán)格上來說是完全并行無順序的不脯，但實際會按照三個任務(wù)的執(zhí)行順序打印，任務(wù)內(nèi)的每行代碼才會穿插并行刻诊。

5防楷、其他用法

//生命周期內(nèi)的一次性執(zhí)行（單例模式）

static dispatch_once_t onceToken;

dispatch_once(&onceToken, ^{ ?});

//延遲執(zhí)行

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 2.0 * NSEC_PER_SEC), dispatch_get_main_queue(), ^(void){ ?});

GCD源碼分析

15+1個隊列

4-15這12個隊列可以用GCD的各種方法獲取，1是main-thread主線程管理池

dispatch_queue_create

執(zhí)行_dispatch_lane_create_with_target(const char* label, dispatch_queue_attr_t? dqa, dispatch_queue_t tq, bool legacy) 方法坏逢，步驟如下：

1域帐、_dispatch_queue_attr_to_info：解析attr生成dqai（如果是串行隊列直接返回{}），并賦值qos（優(yōu)先級）是整、overcommit（沒有空余線程時是否開新的肖揣，串行默認(rèn)true）、concurrent（區(qū)分并行和串行）等浮入。

2龙优、_dispatch_root_queues：創(chuàng)建target隊列——根據(jù)qos和overcommit，從root中拿一個（由于qos*6和overcommit的組合事秀，root queue一共有12個）

3彤断、_dispatch_object_alloc，_dispatch_queue_init：創(chuàng)建隊列易迹，legacy釋放相關(guān)宰衙，根據(jù)dqai中的concurrent設(shè)置DISPATCH_VTABLE類對象，調(diào)用_dispatch_object_alloc(vtable睹欲，sizeof(struct?dispatch_lane_s))申請隊列的內(nèi)存空間供炼，_dispatch_queue_init初始化queue設(shè)置最大并發(fā)數(shù)和激活狀態(tài)一屋。

_dispatch_queue_init的三個參數(shù)：_dispatch_object_alloc生成的dispatch_lane_t、legacy轉(zhuǎn)來的dispatch_queue_flags_t袋哼、串行并行決定的的width最大線程數(shù)冀墨、dqai.dqai_inactive決定initial_state_bits激活狀態(tài)。

4涛贯、dq -> dq_label诽嘉，dq -> dq_priority，_dispatch_retain弟翘，dq->do_targetq虫腋，設(shè)置各種屬性

5、return _dispatch_trace_queue_create(dq)._dq; 返回最終創(chuàng)建的隊列衅胀。

dispatch_get_main_queue

return?DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_main_t,_dispatch_main_q);

dispatch_queue_main_t：主隊列類型岔乔，define了

1、_dispatch_get_default_queue(overcommit)為true

2滚躯、root queue為_dispatch_root_queues[DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_QOS + \ !!(overcommit)]._as_dq雏门。（由此可知是_dispatch_root_queues中的第7個，和串行隊列一致）

_dispatch_main_q：初始化dispatch_queue_static_s結(jié)構(gòu)體掸掏，并賦值state茁影、label、atomic_flags丧凤、serialnum等募闲。

dispatch_get_global_queue

return _dispatch_get_root_queue(qos, flags & DISPATCH_QUEUE_OVERCOMMIT);

獲取方式和結(jié)構(gòu)與主隊列略有區(qū)別，但最終也是去root queue中獲取愿待，根據(jù)qos和overcommit = 0拿到第6個queue浩螺。

create自建隊列 和 main/global queue 獲取方式的區(qū)別

create需要自己alloc和init，最后從root queue里拿一個系統(tǒng)queue作為target queue仍侥。

main和global是根據(jù)qos和overcommit直接拿出對應(yīng)的queue要出。

NSOperation和NSOperationQueue

對GCD的封裝，完全面向?qū)ο笈┰āSOperation對應(yīng)GCD的任務(wù)患蹂；NSOperationQueue對應(yīng)GCD的隊列。將任務(wù)添加到隊列中砸紊，系統(tǒng)自動執(zhí)行传于。

NSOperation

內(nèi)部任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)機：ready→executing→finished/cancelled。

NSOperation是個抽象類不能直接使用醉顽，一般使用它的子類NSBlockOperation（用block傳遞任務(wù)）和NSInvocationOperation（用@selector傳遞任務(wù)）沼溜。

NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ ?}];

NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];

[operation start]; //默認(rèn)asynchronous = NO，阻塞當(dāng)前線程

NSBlockOperation有個addExecutionBlock的方法游添，可以給一個任務(wù)添加多個block且在多個線程中并發(fā)執(zhí)行盛末，add一定要在start前弹惦。

注：當(dāng)我們在自定義operation中構(gòu)建異步任務(wù)時（自定義同步任務(wù)無意義因為可以直接用它的兩個子類）否淤，應(yīng)重寫asynchronous屬性（默認(rèn)是NO時任務(wù)執(zhí)行完operation狀態(tài)自動變成finished）的getter返回YES悄但，在異步任務(wù)完成的block中手動設(shè)置finished狀態(tài)（此操作涉及KVO的手動觸發(fā)）。重寫main方法時一定要加入@autoreleasepool自動釋放池石抡，因為無法訪問主線程的自動釋放池檐嚣。如果要完全控制狀態(tài)機，也要重寫start方法判斷或者手動觸發(fā)任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)的KVO（cancelled啰扛，executing等）嚎京。同GCD中的dispatch_group_enter/leave。

注2：NSInvocation用于主動調(diào)用對象的方法隐解，處理performSelector無法處理的多參數(shù)或有返回值的方法調(diào)用鞍帝。

注3：addDependency可以添加依賴讓NSOperation在隊列中按順序串行，相互依賴會死鎖煞茫。

NSOperationQueue

NSOperation的直接執(zhí)行還是會占用當(dāng)前線程帕涌，所以應(yīng)把任務(wù)加到隊列中，添加完成后续徽，任務(wù)會自動start蚓曼，并根據(jù)NSOperationQueue的maxConcurrentOperationCount屬性決定并行數(shù)（= 1時即為串行），并根據(jù)waitUntilFinished決定是否阻塞當(dāng)前線程（同步異步）钦扭。

NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue]; ?//創(chuàng)建主隊列

NSOperationQueue *otherQueue = [[NSOperationQueue alloc] init]; ?//創(chuàng)建其他隊列

[mainQueue addOperation:operation]; //傳入NSOperation任務(wù)對象

[otherQueue addOperationWithBlock:^{ ?//傳入任務(wù)block }];

[operation2 addDependency:operation1]; //設(shè)置依賴纫版，按順序執(zhí)行任務(wù)

[otherQueue addOperations:@[operation1, operation2] waitUntilFinished:NO]; ?//不阻塞當(dāng)前線程

注：主隊列是在主線程中執(zhí)行的，所以默認(rèn)最大并發(fā)數(shù)就是1客情，且設(shè)置無效其弊。

注2：監(jiān)聽隊列的完成需要手動添加KVO監(jiān)聽operationCount。

其他方法和屬性

@property (getter=isSuspended) BOOL suspended; ?//暫停和繼續(xù)隊列

- (void)cancelAllOperations; ?//取消隊列所有任務(wù)

- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished; ?//阻塞線程直至隊列任務(wù)全部完成