圖1 知識結(jié)構(gòu)

一侦厚、知識結(jié)構(gòu)分析

整體知識架構(gòu)

多線程之間的關(guān)系

• pthread是POSIX線程的API

• NSThread是Cocoa對pthread的封裝

• GCD和NSOperationQueue是基于隊列的并發(fā)API

• GCD是基于pthread和queue實現(xiàn)的

• NSOperationQueue是對GCD的高級封裝

• GCD

• NSOperation
  AFNetWorking + SDWebImage框架多有使用

問題1：AFNetWorking為什么使用NSOperation刨沦，為什么不使用GCD诗宣？

解釋：
此道題目也可以理解為NSOperation比GCD的有點。
1已卷、NSOperation是基于GCD更高一層的封裝梧田，完全面向?qū)ο螅槐菺CD更加簡單易用侧蘸，代碼可讀性高裁眯。
2、 FIFO隊列讳癌，而NSOperationQueue中的隊列可以被重新設(shè)置優(yōu)先級穿稳，從而實現(xiàn)不同操作的執(zhí)行順序調(diào)整。CGD不具備
3晌坤、添加操作之間的依賴關(guān)系逢艘，方便的控制執(zhí)行順序；GCD不具備骤菠。
4它改、可以很方便的取消一個操作的執(zhí)行；CGD不具備商乎。
5央拖、使用 KVO 觀察對操作執(zhí)行狀態(tài)的更改；CGD不具備鹉戚。

• NSThread
  用于實現(xiàn)一個常駐線程

問題2：常駐線程有什么作用鲜戒？

解釋：
通常情況下，創(chuàng)建子線程抹凳，在里面執(zhí)行任務(wù)遏餐，任務(wù)完成后，子線程會立刻銷毀赢底；如果需要經(jīng)常子線程中操作任務(wù)失都，那么頻繁的創(chuàng)建和銷毀子線程會造成資源的浪費。
所以需要常駐線程幸冻。

• 多線程和鎖
  線程同步和資源共享

二粹庞、GCD

主要結(jié)構(gòu)如下：

• 同步/異步、串行/并發(fā)
• dispatch_barrier_async
• dispatch_group

2.1嘁扼、同步/異步信粮、串行/并發(fā)

• dispatch_sync(serial_queue，^{ //任務(wù) })趁啸；

• dispatch_async(serial_queue强缘，^{ //任務(wù) })督惰；

• dispatch_sync(concurrent_queue，^{ //任務(wù) })

• dispatch_async(concurrent_queue旅掂，^{ //任務(wù) })

2.1.1赏胚、同步串行

問題3：主隊列同步

圖2 主隊列同步

解釋：
是隊列引起的循環(huán)等待，不是線程引起的循環(huán)等待商虐。
詳細解釋如下：

圖3 同步串行

問題4：主隊列異步

沒有問題

解釋：
雖然沒有問題，但是主隊列提交的任務(wù)震檩，無論通過同步/異步方式琢蛤，都要在主線程進行處理！Ｅ茁病博其！

問題5：串行隊列同步

圖4 串行隊列同步

解釋：
不會有問題。
詳細解釋如下：

圖3 串行隊列

1迂猴、iOS默認會有一個主隊列慕淡、主線程。
2沸毁、主隊列是一個串行隊列峰髓。
3傻寂、viewDidLoad在主隊列中，可以看成一個任務(wù)1携兵。
4疾掰、Block是在另一個串行隊列中，可以看成任務(wù)2徐紧。
5静檬、viewDidLoad在主線程運行。
6并级、dispatch_sync說明任務(wù)2也在主線程運行拂檩。
7、因為二者不是在同一個隊列嘲碧，不會存在死鎖广恢，但是任務(wù)2會延遲任務(wù)1執(zhí)行。

2.2.2呀潭、同步并發(fā)

問題6：下面代碼輸出結(jié)果是：

圖4 同步并發(fā)

解釋
1钉迷、iOS默認會有一個主隊列、主線程钠署。
2糠聪、主隊列是一個串行隊列。
3谐鼎、viewDidLoad在主隊列中舰蟆，可以看成一個任務(wù)1。
4狸棍、global_queue是全局并發(fā)隊列身害，里面有任務(wù)2和任務(wù)3
5、viewDidLoad在主線程運行草戈。
6塌鸯、dispatch_sync說明global_queue中的任務(wù)也在主線程運行(會阻斷線程，強制執(zhí)行自己的)唐片。
7丙猬、因為global_queue和主線程隊列不是同一個隊列，不會造成死鎖费韭。
8茧球、因為global_queue是全局并發(fā)隊列，一個任務(wù)不用管前面的任務(wù)是否執(zhí)行完畢星持。所以任務(wù)2未完成時抢埋，可以執(zhí)行任務(wù)3，然后執(zhí)行任務(wù)2，都是在主線程執(zhí)行揪垄。

2.2.3鲤屡、異步串行

圖5 異步串行

這段代碼是經(jīng)常使用的
代碼分析：
1、ios中默認會有一個主隊列福侈、主線程酒来。
2、主隊列是一個串行隊列肪凛。
3堰汉、viewDidLoad在主隊列中，可以看成一個任務(wù)1伟墙。
4翘鸭、Block相當于在主隊列添加任務(wù)2。
5戳葵、viewDidLoad在主線程運行就乓。
6、dispatch_async說明任務(wù)2在子線程運行拱烁，也就是不會阻擋任務(wù)1的運行生蚁。
7、任務(wù)1完成后才能執(zhí)行任務(wù)2戏自。
因為任務(wù)1在子線程運行邦投，不會阻擋任務(wù)2，所以正常使用擅笔。

2.2.4志衣、異步并發(fā)

問題7：以下代碼輸出結(jié)果：

圖6 異步并發(fā)

解釋
1、global_queue是全局隊列猛们，采用dispatch_async念脯，所以會開辟一個子線程。
2弯淘、子線程的runLoop默認是不開啟的绿店，而performSelector:withObject:afterDelay是在沒有runloop的情況下會失效，所以此方法不執(zhí)行耳胎。
3惯吕、打印結(jié)果13惕它。

2.3怕午、dispatch_barrier_async()

2.3.1、場景

問題8：怎樣利用CGD實現(xiàn)多讀單寫淹魄？

利用CGD提供的柵欄函數(shù)
解析：

多讀單寫模型

• 讀者郁惜、讀者并發(fā)
• 讀者、寫者互斥
• 寫者、寫者互斥

可以理解為：
1兆蕉、讀處理之間是并發(fā)的羽戒，肯定要用并發(fā)隊列。
因為讀取操作虎韵，往往需要立刻返回結(jié)果易稠，故采用同步。
這些讀處理允許在多個子線程包蓝。
2驶社、寫處理時候，其余操作都不能執(zhí)行测萎。利用柵欄函數(shù)亡电，異步操作。利用柵欄函數(shù)異步操作的原因：柵欄函數(shù)同步操作會阻塞當前線程硅瞧，如果當前線程還有其它操作份乒，則會影響用戶體驗。

核心代碼如下：

@interface UserCenter()
{
    // 定義一個并發(fā)隊列
    dispatch_queue_t concurrent_queue;
    
    // 用戶數(shù)據(jù)中心, 可能多個線程需要數(shù)據(jù)訪問
    NSMutableDictionary *userCenterDic;
}

@end

// 多讀單寫模型
@implementation UserCenter

- (id)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        // 通過宏定義 DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 創(chuàng)建一個并發(fā)隊列
        concurrent_queue = dispatch_queue_create("read_write_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        // 創(chuàng)建數(shù)據(jù)容器
        userCenterDic = [NSMutableDictionary dictionary];
    }
    
    return self;
}

- (id)objectForKey:(NSString *)key
{
    __block id obj;
    // 同步讀取指定數(shù)據(jù)
    dispatch_sync(concurrent_queue, ^{
        obj = [userCenterDic objectForKey:key];
    });
    return obj;
}

- (void)setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key
{
    // 異步柵欄調(diào)用設(shè)置數(shù)據(jù)
    dispatch_barrier_async(concurrent_queue, ^{
        [userCenterDic setObject:obj forKey:key];
    });
}

2.3.2腕唧、dispatch_barrier_sync和dispatch_barrier_async區(qū)別

共同點：

• 它們前面的任務(wù)先執(zhí)行完或辖。
• 它們的任務(wù)執(zhí)行完，再執(zhí)行后面的任務(wù)枣接。

不同點：

• dispatch_barrier_sync會阻止當前線程孝凌，等它的任務(wù)執(zhí)行完畢，才能往下進行月腋。
• dispatch_barrier_async不會阻塞當前線程蟀架，允許其它非當前隊列的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。

注意：
使用柵欄函數(shù)時榆骚，使用自定義隊列才有意義片拍，如果使用串行隊列/系統(tǒng)的全局并發(fā)隊列，這個柵欄函數(shù)就相當于一個同步函數(shù)

2.3妓肢、dispatch_group

問題9：使用CGD實現(xiàn)這個需求：A捌省、B、C三個任務(wù)并發(fā)碉钠，完成后執(zhí)行任務(wù)D纲缓。

 // 創(chuàng)建一個group
 dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
 // 異步組分派到并發(fā)隊列當中
  dispatch_group_async(group, concurrent_queue, ^{
  });
  //監(jiān)聽  
  dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
      // 當添加到組中的所有任務(wù)執(zhí)行完成之后會調(diào)用該Block
 });

三、NSOperation

3.1喊废、NSOperation優(yōu)點

• 添加任務(wù)依賴
• 任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)控制
• 最大并發(fā)量(maxConcurrentOperationCount)

問題10：我們可以控制任務(wù)的哪些狀態(tài)祝高？

• isReady
  當前任務(wù)是否處于就緒狀態(tài)
• isExecuting
  當前任務(wù)是否正在執(zhí)行
• isFinished
  當前任務(wù)是否執(zhí)行完成
• isCancelled
  當前任務(wù)是否被標記為取消(不是判斷是否被取消，是標記)
  是通過KVO進行控制的污筷。

3.2工闺、狀態(tài)控制

問題11：我們怎么控制NSOperation的狀態(tài)

• 如果只重寫了main方法，底層控制任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)以及任務(wù)退出。
• 如果重寫了start方法陆蟆，自行控制任務(wù)狀態(tài)雷厂。

問題12：系統(tǒng)是怎樣移除一個isFinished=YES的NSOperation的？

• 通過KVO

小結(jié)：
NSOperation： 主隊列默認在主線程執(zhí)行叠殷，自定義隊列默認在后臺執(zhí)行(會開辟子線程)改鲫。

四、NSThread

4.1林束、啟動流程

啟動流程

1钩杰、調(diào)用start()方法、啟動線程诊县。
2讲弄、在start()內(nèi)部會創(chuàng)建一個pthread線程，指定pthread線程的啟動函數(shù)依痊。
3避除、在啟動函數(shù)中會調(diào)用NSThread定義的main()函數(shù)。
4胸嘁、在main()函數(shù)中會調(diào)用performSelector:函數(shù)瓶摆，來執(zhí)行我們創(chuàng)建的函數(shù)。
5性宏、指定函數(shù)運行完成群井，會調(diào)用exit()函數(shù)，退出線程毫胜。

4.2书斜、常駐線程

參考RunLoop

五、多線程與鎖

問題13：iOS中都有哪些鎖酵使，你是怎樣使用的荐吉？

解釋：

5.1、@synchronized(互斥鎖) ??????

• 一般在創(chuàng)建單例對象的時候使用口渔，保證在多線程環(huán)境下样屠，創(chuàng)建的單例對象是唯一的。

5.2缺脉、 atomic(自旋鎖)??????

• 屬性關(guān)鍵字
• 對被修飾對象進行原子操作(不負責使用)
  備注：

原子操作：不會被線程調(diào)度打斷的操作痪欲；這種操作一旦開始，就一直運行到結(jié)束攻礼，中間不會切換到另一個線程业踢。

不負責使用：屬性賦值時候，能夠保證線程安全秘蛔；對屬性進行操作陨亡，不能保證線程安全傍衡。
例如：
@property (atomic) NSMutableArray *array;
self.array = [NSMutableArray array];//線程安全
[self.array addObject:obj];//線程不安全

5.3深员、 OSSpinLock(自旋鎖)

• 循環(huán)等待訪問负蠕，不釋放當前資源。
• 用于輕量級數(shù)據(jù)訪問倦畅，簡單的int值 +1/-1操作遮糖。
• 使用場景：
  • 內(nèi)存引用計數(shù)加1或減1
  • runtime也有使用到。

5.4叠赐、 NSLock(互斥鎖)

螞蟻金服面試題：

NSLock面試題

5.5赛不、 NSRecursiveLock(遞歸鎖)(互斥鎖)

NSRecursiveLock鎖

5.6、 dispatch_semaphore_t(信號量)??????

• dispatch_semaphore_create(5)
  創(chuàng)建信號量罢洲，指定最大并發(fā)數(shù)
• dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER)
  等待信號量>=1踢故。
  如果當前信號量>=1，信號量減1惹苗，程序繼續(xù)執(zhí)行殿较。
  如果信號量<=0，原地等待桩蓉，不允許程序往下執(zhí)行淋纲。
• dispatch_semaphore_signal(semaphore)
  程序執(zhí)行完畢，發(fā)送信號院究，釋放資源洽瞬，信號量加1。

5.6.1业汰、dispatch_semaphore_create

dispatch_semaphore_create

5.6.2片任、dispatch_semaphore_wait

dispatch_semaphore_wait

5.6.3、dispatch_semaphore_signal

dispatch_semaphore_signal

小結(jié)：
1蔬胯、鎖分為互斥鎖对供、自旋鎖
2、互斥鎖和自旋鎖的區(qū)別
自旋鎖： 忙等待氛濒。即在訪問被鎖資源時产场，調(diào)用者線程不會休眠，而是不停循環(huán)在那里舞竿，直到被鎖資源釋放
互斥鎖： 會休眠京景。即在訪問被鎖資源時，調(diào)用者線程會休眠骗奖，此時cpu可以調(diào)度其它線程工作确徙，直到被鎖資源釋放醒串，此時會喚醒休眠線程。

問題14：iOS系統(tǒng)為我們提供了幾種多線程技術(shù)鄙皇？各自有什么特點芜赌？

解釋：

• GCD
  用于一些簡單的線程同步，包括子線程分派伴逸；還有就是解決類似于多讀單寫功能缠沈。

• NSOperation及NSOperationQueue
  可以方便控制任務(wù)狀態(tài)、添加依賴/移除依賴错蝴；多用于復雜線程控制：AFNetWorking和SDWebImage洲愤。

• NSThread
  往往用于實現(xiàn)一個常駐線程。

總結(jié)：

概念理解

• 隊列概念
  隊列是任務(wù)的容器

• 串行隊列顷锰、并發(fā)隊列區(qū)別
  串行隊列： 一次僅僅調(diào)度一個任務(wù)柬赐，隊列中的任務(wù)一個個執(zhí)行姨蟋。(一個任務(wù)完成后龄砰，再運行下一個任務(wù))。
  遵循FIFO原則：先進先出棵逊、后進后出万矾。

  并發(fā)隊列：不需要把一個任務(wù)完成后悼吱，再運行下一個任務(wù)。
  仍然遵循FIFO原則良狈，只是不需要等待任務(wù)完成后添。

• 并行、并發(fā)區(qū)別
  并行：同一時刻薪丁，多條指令在多個處理器同時執(zhí)行遇西。
  并發(fā)：同一個時刻，只能處理一條指令严嗜，但是多個指令被快速的輪換執(zhí)行粱檀，達到了具有同時執(zhí)行的效果。

• 異步漫玄、同步區(qū)別
  異步： 可以開啟新的線程茄蚯。
  同步： 不可以開啟新的線程，在當前線程運行睦优。

同步異步渗常、串行并行形象理解

這兩對概念單獨看起來，明白怎么回事汗盘；但是皱碘，一旦運用起來，總是不能得心應手隐孽“┐唬總的來說健蕊，就是不能將概念熟記于心，缺乏形象概念踢俄。

下面采用圖解 + 文字進行表述：

串行隊列圖解

并行隊列圖解

一個隊列(串行+并發(fā))好比一個容器缩功。
執(zhí)行代碼好比一個個任務(wù)。
同步異步好比任務(wù)的標簽褪贵。
容器里面裝有好多個打有標簽的任務(wù)掂之。
線程好比流水線的傳送帶抗俄，
所有的工作都是CPU在做脆丁，姑且將CPU比做操作工。

代碼運行的時候动雹，大家想象工廠的流水線的工作場景：
1槽卫、從容器(隊列)中取出任務(wù)(執(zhí)行代碼)，放到傳送帶上胰蝠。
如果容器是串行隊列歼培，則完成一個，取出一個茸塞。
如果容器是并發(fā)隊列躲庄，則一直不停的投放。
2钾虐、任務(wù)(執(zhí)行代碼)放到傳送帶(線程)的一剎那噪窘，CPU(操作工)看了一眼上面的標簽：如果標簽是同步，就將它放到當前傳送帶效扫；如果標簽是異步倔监，就新增加一條傳送帶，然后把任務(wù)放上去(理解操作工無所不能菌仁，可以隨意增加傳送帶)浩习。

上面只是一個形象的比喻，加深對多線程理解济丘。

小結(jié)：
從上面的分析可知：
1谱秽、串行隊列任務(wù)之間相互包含，容易造成死鎖摹迷；并發(fā)隊列則不會疟赊。這種死鎖稱為隊列死鎖。
2泪掀、并發(fā)隊列+異步听绳，才會有多線程效果。
如果只有當前一個線程可以利用异赫，并發(fā)隊列中任務(wù)雖然可以快速取出分派椅挣，奈何只有一個線程(主干道)头岔，只能一個個排隊執(zhí)行。