進(jìn)程

• 進(jìn)程是指在系統(tǒng)中正在運(yùn)行的一個(gè)應(yīng)用程序；
• 每個(gè)進(jìn)程之間是相互獨(dú)立的，每個(gè)進(jìn)程均運(yùn)行在其專用的且受保護(hù)的內(nèi)存空間內(nèi)；

線程

• 線程是進(jìn)程的基本執(zhí)行單元，一個(gè)進(jìn)程的所有任務(wù)都是在線程中執(zhí)行的；
• 進(jìn)程要想執(zhí)行任務(wù)，必須的有線程，一個(gè)進(jìn)程進(jìn)程至少要有一條線程；
• APP應(yīng)用程序啟動(dòng)會(huì)默認(rèn)開啟一條線程，這條線程被稱為 主線程 或者 UI線程；

進(jìn)程與線程之間的關(guān)系

• 進(jìn)程之間的地址空間是相互獨(dú)立，不能交叉訪問，同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享本進(jìn)程的地址空間；
• 進(jìn)程之間的資源是相互獨(dú)立的，同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享本進(jìn)程的資源；
• 兩個(gè)之間的關(guān)系就相當(dāng)于工廠與流水線的關(guān)系，工廠與工廠之間是相互獨(dú)立的，而工廠中的流水線是共享工廠的資源的，即進(jìn)程相當(dāng)于一個(gè)工廠，線程相當(dāng)于工廠中的一條流水線；

線程與RunLoop之間的關(guān)系

• RunLoop與線程是一一對(duì)應(yīng)的，其保存在一個(gè)全局的字典當(dāng)中；
• RunLoop是來管理線程的，當(dāng)線程的runloop被開啟后，線程會(huì)在執(zhí)行完任務(wù)后進(jìn)入休 眠狀態(tài)，有了任務(wù)才會(huì)被喚醒去執(zhí)行任務(wù)；
• 對(duì)于主線程來說，RunLoop在程序一啟動(dòng)就默認(rèn)創(chuàng)建好了，在線程結(jié)束時(shí)被銷毀；
• 對(duì)于子線程來說，RunLoop不會(huì)默認(rèn)創(chuàng)建， 其在第一次獲取時(shí)被創(chuàng)建，所以在子線程用定時(shí)器要注意：確保子線程的RunLoop被創(chuàng)建，不然定時(shí)器不會(huì)回調(diào)；

多線程

• iOS中的多線程同時(shí)執(zhí)行的本質(zhì)是： CPU在多個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行快速的切換，由于CPU調(diào)度線程的時(shí)間足夠快，就造成了多線程的“同時(shí)”執(zhí)行的假象，讓我們認(rèn)為多個(gè)線程在同時(shí)執(zhí)行任務(wù)，其中切換的時(shí)間間隔就是時(shí)間片；

多線程的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

• 能適當(dāng)提高應(yīng)用程序的執(zhí)行效率；
• 能適當(dāng)提高系統(tǒng)資源的利用率，如CPU、內(nèi)存；
• 線程上的任務(wù)執(zhí)行完成后，線程會(huì)自動(dòng)銷毀；

缺點(diǎn)：

• 開啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間，默認(rèn)情況下，每一個(gè)線程占用512KB，如果開啟大量線程，會(huì)占用大量的內(nèi)存空間，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(shè)計(jì)更加復(fù)雜，比如線程間的通信，多線程的數(shù)據(jù)共享；

多線程的生命周期

線程的生命周期通常分為5個(gè)部分：創(chuàng)建 -- 就緒 -- 運(yùn)行 -- 阻塞 -- 死亡；其狀態(tài)之間的切換如下圖所示：

Snip20210319_208.png

• 創(chuàng)建：即實(shí)例化線程對(duì)象；
• 就緒：線程對(duì)象調(diào)用start方法，將線程對(duì)象加入可調(diào)度線程池，等待CPU的調(diào)用，即調(diào)用start方法，并不會(huì)立即執(zhí)行，而是進(jìn)入到就緒狀態(tài)，需要等待一段時(shí)間，經(jīng)CPU調(diào)度后才執(zhí)行；
• 運(yùn)行：CPU負(fù)責(zé)從可調(diào)度線程池中調(diào)度線程然后執(zhí)行，在線程執(zhí)行完成之前，其狀態(tài)可能會(huì)在就緒和運(yùn)行之間來回切換，這個(gè)變化是由CPU負(fù)責(zé)，開發(fā)人員不能干預(yù)；
• 阻塞：當(dāng)滿足某個(gè)預(yù)定條件時(shí)，可以讓線程休眠，即sleep，或者使用同步鎖，阻塞線程執(zhí)行，會(huì)將線程從可調(diào)度線程池中移除，當(dāng)線程解除sleep時(shí)/獲取到鎖，會(huì)重新將線程加入到可調(diào)度線程池中。下面關(guān)于休眠的時(shí)間設(shè)置，都是NSThread的；
• 死亡：分為兩種情況
  • 正常死亡，即線程執(zhí)行完畢；
  • 非正常死亡，即當(dāng)滿足某個(gè)條件后，在線程內(nèi)部（或者主線程中）終止執(zhí)行（調(diào)用exit方法等退出）
• 簡(jiǎn)要說明，就是處于運(yùn)行中的線程擁有一段可以執(zhí)行的時(shí)間（稱為時(shí)間片），如果時(shí)間片用盡，線程就會(huì)進(jìn)入就緒狀態(tài)隊(duì)列，如果時(shí)間片沒有用盡，且需要開始等待某事件，就會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)隊(duì)列；等待事件發(fā)生后，線程又會(huì)重新進(jìn)入就緒狀態(tài)隊(duì)列；
• 每當(dāng)一個(gè)線程離開運(yùn)行，即執(zhí)行完畢或者強(qiáng)制退出后，會(huì)重新從就緒狀態(tài)隊(duì)列中選擇一個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行；
• 線程的exit和cancel說明
  • exit：一旦強(qiáng)行終止線程，后續(xù)的所有代碼都不會(huì)執(zhí)行；
  • cancel：取消當(dāng)前線程，但是不能取消正在執(zhí)行的線程；

線程池的工作原理

• 其工作原理如下圖所示：

Snip20210319_210.png

• 首先線程池有兩個(gè)重要參數(shù)分別為：corePoolSize和maximumPoolSize；
• corePoolSize表示核心線程池能創(chuàng)建核心線程的最大數(shù)量；
• maximumPoolSize表示線程池能創(chuàng)建線程的最大數(shù)量；核心線程池包含在線程池中。
• 【第一步】：當(dāng)有任務(wù)提交過來，首先判斷核心線程池是否已滿(corePoolSize)
  • 未滿，創(chuàng)建核心線程執(zhí)行任務(wù)；
  • 已滿，進(jìn)入第二步；
• 【第二步】：判斷工作隊(duì)列是否已滿
  • 未滿，將任務(wù)添加到工作隊(duì)列中；
  • 已滿，進(jìn)入第三步；
• 【第三步】：判斷線程池是否已滿(maximumPoolSize)
  • 未滿：創(chuàng)建非核心線程執(zhí)行任務(wù)；
  • 已滿：進(jìn)入第四步；
• 【第四步】：執(zhí)行飽和策略，
• 通常有以下四種飽和策略：
  • AbortPolicy(拋出一個(gè)異常，默認(rèn)的)
  • DiscardPolicy(新提交的任務(wù)直接被拋棄)
  • DiscardOldestPolicy（丟棄隊(duì)列里最老的任務(wù)，將當(dāng)前這個(gè)任務(wù)繼續(xù)提交給線程池）
  • CallerRunsPolicy（交給線程池調(diào)用所在的線程進(jìn)行處理，即將某些任務(wù)回退到調(diào)用者)

iOS中多線程的實(shí)現(xiàn)方案

• 主要有四種分別為：pthread，NSThread，GCD，NSOperation

Snip20210319_211.png

• 下面通過代碼案例分別演示這四種多線程方案的實(shí)現(xiàn)：

【pthread】

//線程回調(diào)函數(shù)
void * pthreadTest(){
    NSLog(@"===>%@", [NSThread currentThread]);
    return NULL;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    pthread_t threadId = NULL;
    //c字符串
    char *cString = "HelloCode";
    //創(chuàng)建一個(gè)字線程
    int result = pthread_create(&threadId,NULL,pthreadTest,cString);
    if (result == 0) {
        NSLog(@"pthread 創(chuàng)建成功");
    }else{
        NSLog(@"pthread 創(chuàng)建失敗");
    }
}

• 需導(dǎo)入#import <pthread.h>

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【NSThread】

Snip20210319_214.png

【GCD】

Snip20210319_215.png

【NSOperation】

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線程安全問題

• 在同一時(shí)刻有多條子線程共同訪問共享資源數(shù)據(jù)，容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯(cuò)亂和數(shù)據(jù)安全問題，有以下兩種解決方案:
  • 互斥鎖(即同步鎖)：@synchronized
  • 自旋鎖；

互斥鎖

• 用于保護(hù)臨界區(qū)，確保同一時(shí)間，只有一條線程能夠訪問執(zhí)行；
• 加了互斥鎖的代碼，當(dāng)新線程訪問時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有其他線程正在訪問共享資源，新線程就會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)；
• 互斥鎖的鎖定范圍，應(yīng)該盡量小，鎖定范圍越大，效率越差；
• 能夠加鎖的任意的NSObject對(duì)象；
• 鎖對(duì)象一定要保證所有的線程都能夠訪問；

自旋鎖

• 自旋鎖與互斥鎖類似，但它不是通過休眠使線程阻塞，而是在獲取鎖之前一直處于忙等（即原地打轉(zhuǎn)，稱為自旋）阻塞狀態(tài)；
• 鎖持有的時(shí)間短，且線程不希望在重新調(diào)度上花太多成本時(shí)，就需要使用自旋鎖，屬性修飾符atomic，本身就有一把自旋鎖；
• 加入了自旋鎖，當(dāng)新線程訪問代碼時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有其他線程正在鎖定代碼，新線程會(huì)用死循環(huán)的方法，一直等待鎖定的代碼執(zhí)行完成，即不停的嘗試執(zhí)行代碼，比較消耗性能；

【面試題】：自旋鎖 vs 互斥鎖

• 相同點(diǎn)：在同一時(shí)間，保證了只有一條線程訪問共享資源；
• 不同點(diǎn)：
  • 互斥鎖：發(fā)現(xiàn)其他線程執(zhí)行，當(dāng)前線程 休眠（即就緒狀態(tài)），進(jìn)入等待執(zhí)行，即掛起，一直等其他線程打開之后，然后喚醒執(zhí)行；
  • 自旋鎖：發(fā)現(xiàn)其他線程執(zhí)行，當(dāng)前線程一直詢問（即一直訪問），處于忙等狀態(tài)，耗費(fèi)的性能比較高；
• 場(chǎng)景：根據(jù)任務(wù)復(fù)雜度區(qū)分，使用不同的鎖，但判斷不全時(shí)，更多是使用互斥鎖去處理
  當(dāng)前的任務(wù)狀態(tài)比較短小精悍時(shí)，用自旋鎖，反之用互斥鎖；