iOS-多线程介绍

一、前言部分

 最近在面试，重新温习了一遍多线程，希望加深一遍对于多线程的理解。

1、什么是进程？

1).要了解线程我们必须先了解进程，通俗来讲进程就是在系统中运行的一个应用程序。

2).每个线程之间是独立存在的，分别运行在其专用的且受保护的内存空间中。

3).比如打开QQ或Xcode系统会分别开启两个进程 如图：

4)、我们可以通过"活动监视器"查看Mac系统中所开启的进程。

2、什么是线程？

1).一个进程要想执行任务必须得有线程，即一个进程至少要有一个线程。

2).线程是进程的基本执行单元，一个进程（程序）的所有任务都是在线程中执行的。

3).比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影都需要在线程中运行 如图：

3、什么是线程的串行？

1).一个线程中任务是串行执行的(顺序执行)的,也就是说一个线程同一时间内只能执行一个任务。

2).串行执行图解,比如一个线程下载3个文件(文件A、B、C)

4、什么是多线程？

1).一个进程中可以开启多个线程，每个线程可以并发(同时)执行不同的任务。

2).类似关系列举：进程---->车间;线程---->车间工人

3).多线程图解，比如同时开启3个线程分别下载3个文件（文件A、B、C）

 

5、多线程原理

1).同一时间CPU只能执行一个线程，只有一个线程在工作（执行）。

2).多线程并发(同时)执行，其实是CPU快速的在多个线程之间调度（切换）。

3).如果CPU调度线程的速度够快，就会造成多线程并发执行的假象。

4).多线程的缺点：

   1、每个线程都会占用一定的内存空间(默认情况下:主线程占用1MB,子线程占用512KB)，

        如果开启线程过多会占用大量的内存空间因而造成程序性能降低。

   2、线程越多CPU调度线程上的开销就越大(类似工厂工人越多，工厂开销也越大)。

   3、使程序设计更复杂:比如多线程的数据通信，多线程之间的数据共享。

5).多线程的优点：

   1、能适当提高程序的执行效率。

   2、能适当提高资源利用率（CPU、内存的利用率）

6、什么是主线程？

 1).一个iOS程序开启后默认会开启一个线程，这个线程被称为"主线程"或"UI线程"。

 2).主线程的主要作用：

    1、显示/刷新UI界面

    2、处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）

 3).主线程注意点：

    1、别将耗时的操作放在主线程中，耗时操作放在主线程中会造成程序卡顿的问题。

7、耗时操作Demo演示   

1)、直接在主线程中运行的Demo

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    //获取当前执行方法和当前线程
    //number==1 主线程
    //number!=1 其他线程、子线程、次线程
    NSLog(@"%s----%@",__func__,[NSThread currentThread]);
    
    //直接在主线程中运行 造成UI操作卡顿
 [self longTimeOperation];
}

#pragma mark-耗时操作
-(void)longTimeOperation{
    for (int i=0; i<20000; i++) {
        NSLog(@"%d",i);
 }
}

2)、在子线程中运行的Demo

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    //获取当前执行方法和当前线程
    //number==1 主线程
    //number!=1 其他线程、子线程、次线程
    NSLog(@"%s----%@",__func__,[NSThread currentThread]);
    
    //将耗时操作放在子线程中执行，不影响UI的操作
 [self performSelectorInBackground:@selector(longTimeOperation) withObject:nil];
}

#pragma mark-耗时操作
-(void)longTimeOperation{
    for (int i=0; i<20000; i++) {
        NSLog(@"%d",i);
 }
}

8、iOS中多线程的实现方案

技术方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	一套通用的多线程API 适用于Unix\Linux\Windows等系统 跨平台可移植 使用难度大	C	程序员管理	几乎不用
NSThread	使用更加面向对象 简单易用直接操作线程对象	OC	程序员管理	偶尔使用
GCD	旨在替换NSThread等线程技术 充分利用设备的多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	基于GCD（底层是GCD） 比GCD多了一些更简单实用的功能 使用更加面向对象	OC	自动管理	经常使用

9、pthread 的使用 

#import <pthread.h>
-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self test];
}

//使用pthread创建线程
-(void)test{
    //声明一个线程变量
    pthread_t threadID;
    
    /*
      参数：
       1、要开的线程的变量
       2、线程的属性
       3、要在这个子线程中执行的函数（任务）
       4、这个函数（任务）需要传递的参数
     */
    //pthread_create(pthread_t *restrict, const pthread_attr_t *restrict, void *(*)(void *), void *restrict);
    
    id str=@"hello";
    //id 需要转成void * 需要使用__bridge进行桥连
    //1、这里只是临时把str对象转成void *在这里临时使用，不改变这个对象的所有权
    //2、把对象所有权交出去，在这个函数把str转成void *
    //如果使用MRC 这里不需要使用桥连可以直接使用这个参数
    //ARC自动内存管理，本质是编译器特性，是在程序编译的时候，编译器在适合的地方帮我们添加retain、release、autorelease
    pthread_create(&threadID, NULL, run, (__bridge void*)str);
}

#pragma mark-耗时操作
void *run(void *prama){
     //void * 相当于OC里面的id
    //__bridge 桥连操作
    NSString *str=(__bridge NSString*)prama;
    for (int i=0; i<20000; i++) {
        NSLog(@"%d----%@----%@",i,[NSThread currentThread],str);

    }
    return NULL;
}

10、NSThread 的创建方式 

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    //[self test1];
    
    //[self test2];
    
    [self test3];
}

#pragma mark-线程的创建方式
//创建线程方式1
-(void)test1{
    //实例化一个线程对象
    NSThread *thread=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run1) object:nil];
    //线程启动方法
    [thread start];
}

//创建线程方式2
-(void)test2{
    //创建线程后自动启动线程
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run2:) toTarget:self withObject:@"KK"];
}

//创建线程方式3
-(void)test3{
    //隐式创建线程并启动
    [self performSelectorInBackground:@selector(run2:) withObject:@"Hi"];
    
    /*
     test2、test3 两个线程创建方法的优缺点：
     优点：简单快捷
     缺点：无法对线程更详细的设置
     */
}

#pragma mark-耗时操作
-(void) run1{
    for (int i=0; i<200; i++) {
        NSLog(@"%d----%@",i,[NSThread currentThread]);
    }
}
-(void) run2:(NSString*)param{
    for (int i=0; i<200; i++) {
        NSLog(@"%d----%@---%@",i,[NSThread currentThread],param);
    }
}

 11、线程的属性介绍

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self test];
}

#pragma mark-线程的属性
-(void)test{
    //实例化一个线程对象
    NSThread *threadA=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    //线程名称,用于区分多个线程
    threadA.name=@"Thread A";
    //线程的优先级 0.0~1.0 默认值 0.5
    //实际开发中一般不修改优先级的值
    threadA.threadPriority=0.1;
    //线程启动方法
    [threadA start];
    
//    //实例化一个线程对象
//    NSThread *threadB=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
//    //线程名称,用于区分多个线程
//    threadB.name=@"Thread B";
//    //线程的优先级 0.0~1.0 默认值 0.5
//    threadB.threadPriority=1.0;
//    //线程启动方法
//    [threadB start];
}
 

#pragma mark-耗时操作
-(void) run{
    for (int i=0; i<200; i++) {
        NSLog(@"%d----%@",i,[NSThread currentThread]);
    }
}

12、GCD的使用实例

#pragma mark - GCD演练
/**
 并发队列，同步执行
 */
- (void)gcdDemo4 {
    // 1. 队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("itcast", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 2. 同步执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
        });
    }
}

/**
 并发队列，异步执行
 */
- (void)gcdDemo3 {
    // 1. 队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("itcast", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 2. 异步执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
        });
    }
    
}

/**
 串行队列，异步执行
 */
- (void)gcdDemo2 {
    // 1. 队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("itcast", NULL);
    
    // 2. 异步执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
        });
    }
}

/**
 串行队列，同步执行(开发中非常少用)
 */
- (void)gcdDemo1 {

    // 1. 队列
//    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("icast", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("icast", NULL);
    NSLog(@"执行前----");
    
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        NSLog(@"调度----");
        
        // 在队列中"同步"执行任务，串行对列添加同步执行任务，会立即被执行
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"%@ %d", [NSThread currentThread], i);
        });
    }
    NSLog(@"for 后面");
}

13、NSOperation的使用实例 

#pragma mark - 基本演练
// MARK: - 线程间通讯
- (void)opDemo5 {
    NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [q addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"耗时操作 %@", [NSThread currentThread]);
        
        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"更新UI %@", [NSThread currentThread]);
        }];
    }];
}

// MARK: - 更简单的
- (void)opDemo4 {
    NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        [q addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"down %@ %@", [NSThread currentThread], @(i));
        }];
    }
}

// MARK: - NSBlockOperation
- (void)opDemo3 {
    NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"down %@ %@", [NSThread currentThread], @(i));
        }];
        
        [q addOperation:op];
    }
}

// MARK: - NSInvocationOperation
- (void)opDemo2 {
    NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(downloadImage:) object:@(i)];
        
        [q addOperation:op];
    }
}

- (void)opDemo1 {
    NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(downloadImage:) object:@"Invocation"];
    
    // start 会立即在当前线程执行 selector 方法
    //    [op start];
    
    // 将操作添加到队列，会自动异步执行
    NSOperationQueue *q = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [q addOperation:op];
}

- (void)downloadImage:(id)obj {
    NSLog(@"%@ %@",  [NSThread currentThread], obj);
}

14、线程的状态介绍

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self test];
}

#pragma mark-线程的属性
-(void)test{
    //实例化一个线程对象
    NSThread *thread=[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    //放到可调度线程池，等待被调度 这时候是准备就绪状态
    [thread start];
}
 

#pragma mark-耗时操作
-(void) run{
    
    NSLog(@"%s",__func__);
    //线程进来就睡眠2秒
    //[NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    
    //睡到指定的时间点
    [NSThread sleepUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:5.0]];
    
    for (int i=0; i<200; i++) {
        //满足一个条件后，阻塞线程的执行
        if (i==10) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
        }
        
        //一旦达到某个条件，就强制终止线程的执行
        if (i==100) {
            //一旦终止就不能重新启动，后面的代码就不会被执行
            [NSThread exit];
        }
        NSLog(@"%d----%@",i,[NSThread currentThread]);
    }
}

15、多线程的安全隐患

1).一块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能访问同一块资源。

2).比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件。

3).当多个线程访问同一个资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题。

16、解决多线程安全问题

1).添加互斥锁解决多线程访问同一资源造成的数据安全问题。

2).互斥锁使用格式：@synchronized (self) {//需要锁定的代码}

3).互斥锁的优缺点：

  优点：能有效防止因多线程抢夺同一资源造成的数据安全问题。

  缺点：需要消耗大量的CPU资源（因此苹果不推荐使用互斥锁）

4).互斥锁的使用前提：多个线程抢夺同一资源。

17、利用属性的原子性保证数据的安全性

1).atomic 原子属性--默认属性

2).原子属性内部使用的是 自旋锁

3).自旋锁与互斥锁的异同

  共同点：都可以锁定一段代码，同一时间内,只有一个线程能执行这段锁定的代码。

  不同点：互斥锁 在锁定的时候其他线程在等待的时候会进入休眠 等待条件满足时需要重新唤醒。

  自旋锁在锁定的时候，其他线程等待的时候做死循环一直等待条件满足，一旦条件满足就立马执行，

  少了一个唤醒的过程。