OS X 和iOS 中的多線程技術（上）

本文梳理了OS X 和iOS 系統中提供的多線程技術。並且對這些技術的使用給出了一些實用的建議。

多線程的目的：通過並發執行提高 CPU 的使用效率，進而提供程序運行效率。

• 什麼是進程

  • 進程是指在計算機系統中

    正在運行

    的一個應用程序
  • 每個進程之間是

    獨立

    的，每個進程均運行中其專用且受保護的內存空間內

• 比如同時打開 Xcode 、Safari ,系統就會分別啟動兩個進程

• 通過

  活動監視器

  可以查看Mac系統中所開啟的進程

線程

• 什麼是線程
  • 一個進程要想執行任務，

    必須

    得有線程（

    每個線程至少有一條線程，即主線程

    ）
  • 一個進程的所有任務都做線程中執行
• 比如使用酷狗播放音樂、使用迅雷下載電影，都需要在線程中執行

• 一個線程中的任務的執行是

  串列

  的
  • 如果要在一個線程中執行多個任務，那麼只能一個一個地按順序執行這些任務
  • 同一時間內，一個線程只能執行一個任務
• 線程是進程中的一條執行路徑，它內部任務是

  串列

  執行的

多線程

• 什麼是多線程
  • 一個進程中可以開啟多條線程，每條線程可以

    並行（同時）

    執行不同的任務
  • 進程好比車間，線程好比車間工人
  • 多線程技術可以提高程序的執行效率
• 如同時開啟3條線程分別下載3個文件

• 多線程的原理
  • 同一時間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執行）
  • 多線程並發（同時）執行，其實是CPU快速地在多條線程之間調度（切換）
  • 如果CPU調度線程的時間足夠快，就造成了多線程並發執行的假象

思考：如果線程非常非常多，會發生什麼情況？

CPU會在N多線程之間調度，CPU會累死，消耗大量的CPU資源
每條線程被調度執行的頻次會降低（線程的執行效率降低）


多線程的優缺點

• 多線程的優點

  • 能適當提高程序的執行效率
  • 能適當提高資源利用率（CPU、內存利用率）

• 多線程的缺點

  • 創建線程是有開銷的，iOS下主要成本包括：內核數據結構（大約1KB）、棧空間（子線程512KB、主線程1MB，也可以使用-setStackSize:設置，但必須是4K的倍數，而且最小是16K），創建線程大約需要90毫秒的創建時間
  • 如果開啟大量的線程，會降低程序的性能
  • 線程越多，CPU在調度線程上的開銷就越大
  • 程序設計更加複雜：比如線程之間的通信、多線程的數據共享

2 多線程在iOS開發中的應用

• 什麼是主線程

  • 一個iOS程序運行後，默認會開啟1條線程，稱為

    「主線程」

    或

    「UI線程」

• 主線程的主要作用

  • 顯示刷新UI界面
  • 處理UI事件（比如點擊事件、滾動事件、拖拽事件等）

• 主線程的使用注意

  • 別將比較耗時的操作放到主線程中
  • 耗時操作會卡住主線程，嚴重影響UI的流暢度，給用戶一種「卡」的壞體驗

iOS中多線程的實現方案

#import // 引入對應頭文件

// 子線程調用的方法
void * run(void *param)
{
for (NSInteger i = 0; i<50000; i++) { NSLog(@"------buttonClick---%zd--%@", i, [NSThread currentThread]); } return NULL; } // 使用pthread 創建子線程並執行 - (IBAction)buttonClick:(id)sender { pthread_t thread; pthread_create(&thread, NULL, run, NULL); pthread_t thread2; pthread_create(&thread2, NULL, run, NULL); }

4 NSThread4.1 一個NSThread對象就代表一條線程

• 創建、啟動線程

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];


• 主線程相關用法

+ (NSThread *)mainThread; // 獲得主線程
- (BOOL)isMainThread; // 是否為主線程
+ (BOOL)isMainThread; // 是否為主線程


• 獲得當前線程

NSThread *current = [NSThread currentThread];


• 線程的名字

- (void)setName:(NSString *)name;
- (NSString *)name;


4.2 其他創建線程的方式

• 創建線程後自動啟動線程

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


• 隱式創建並啟動線程

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


上述2種創建線程方式的優缺點

• 優點：簡單快捷
• 缺點：無法對線程進行更詳細的設置

4.3 線程的狀態

當一個線程被創建之後一共有 新建、就緒、運行、阻塞、死亡等幾種狀態。

當系統新創建一個子線程會將該線程放入到可調度線程池中，此時處於就緒狀態，當系統調度它執行任務的時候，它就處於一個運行狀態，如果該線程代用了sleep或加鎖之後，他就處於線程阻塞狀態，此時線程會被移出可調度線程池，當sleep到時或者得到同步鎖，線程又會解除阻塞狀態回到就緒狀態。當線程執行完任務之後被系統退出或者發生異常退出，就進入死亡狀態。進入死亡狀態就不能再次開啟任務

• 啟動線程

(void)start;
// 進入就緒狀態 -> 運行狀態。當線程任務執行完畢，自動進入死亡狀態


• 阻塞（暫停）線程

+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
+ // 進入阻塞狀態


• 強制停止線程

+ (void)exit;
// 進入死亡狀態


5 多線程的安全隱患

• 資源共享

  • 1塊資源可能會被多個線程共享，也就是

    多個線程可能會訪問同一塊資源

  • 比如多個線程訪問同一個對象、同一個變數、同一個文件

• 當多個線程訪問同一塊資源時，很容易引發數據錯亂和數據安全問題

安全隱患實例 -- 存取錢 && 賣票

同一個賬戶，多線程同時操作

如圖，多個線程同時操作一個數據，導致 A 線程讀到數據尚未修改完成之前，另一個線程 B 也同時讀到了數據，當 B 要修改的時候，A 已經把原來的數據修改了，B 修改的數據依舊是之前的數據。這樣就導致了多線程操作同一個數據的數據混亂。

安全隱患分析圖示如下

安全隱患的解決

解決多線程的安全隱患，就加一個互斥鎖，當一個線程訪問並操作數據的時候，鎖住對應數據，防止其他線程訪問，當該線程訪問數據並操作完，放開互斥鎖，其他線程再進行訪問。

• 互斥鎖使用格式

@synchronized(鎖對象) { // 需要鎖定的代碼 }


注意：鎖定1份代碼只用1把鎖，用多把鎖是無效的

• 互斥鎖的優缺點

  • 優點：能有效防止因多線程搶奪資源造成的數據安全問題
  • 缺點：需要消耗大量的CPU資源

• 互斥鎖的使用前提：多條線程搶奪同一塊資源

• 相關專業術語：線程同步

  線程同步的意思是：多條線程在同一條線上執行（按順序地執行任務）

  互斥鎖，就是使用了線程同步技術

6 原子和非原子屬性

• OC在定義屬性時有nonatomic和atomic兩種選擇

  • atomic：原子屬性，為setter方法加鎖（默認就是atomic）
  • nonatomic：非原子屬性，不會為setter方法加鎖

• nonatomic和atomic對比

  • atomic：線程安全，需要消耗大量的資源
  • nonatomic：非線程安全，適合內存小的移動設備

iOS開發的建議

• 所有屬性都聲明為nonatomic
• 盡量避免多線程搶奪同一塊資源
• 盡量將加鎖、資源搶奪的業務邏輯交給伺服器端處理，減小移動客戶端的壓力

7 線程間通信

• 什麼叫做線程間通信 在1個進程中，線程往往不是孤立存在的，多個線程之間需要經常進行通信

• 線程間通信的體現

  1個線程傳遞數據給另1個線程

  在1個線程中執行完特定任務後，轉到另1個線程繼續執行任務

• 線程間通信常用方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;


• 線程間通信實例-圖片下載

主線程需要展示圖片，圖片下載比較耗時，就放到子線程去操作。當子線程圖片下載完成後，回到主線程進行圖片賦值並展示。

本篇文章主要講解了多線程的一些基礎知識和 pthread 和 NSTread 兩種多線程方案。接下來會在下一篇文章中介紹 GCD 和 NSOpreation 的使用。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！