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前言
多線程是iOS開發(fā)中很重要的一個環(huán)節(jié)，無論是開發(fā)過程還是在面試環(huán)節(jié)中，多線程出現(xiàn)的頻率都非常高。我們會通過幾篇文章的探索，深入淺出的分析多線程技術(shù)。
多線程
在學(xué)習(xí)多線程之前，我們先熟悉幾個概念。
一、概念
1、進程
當(dāng)一個程序進入內(nèi)存運行時，即變成一個進程。進程是處于運行過程中的程序，并且具有一定的獨立功能，進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。
進程的特點：
- 獨立性：是系統(tǒng)獨立存在的實體，擁有自己獨立的資源，有自己私有的地址空間。在沒有經(jīng)過進程本身允許的情況下，一個用戶的進程不可以直接訪問其他進程的地址空間。
- 動態(tài)性：進程與程序的區(qū)別在于：程序只是一個靜態(tài)的指令集合，而進程是一個正在系統(tǒng)中活動的指令集和，進程中加入了時間的概念。進程具有自己的生命周期和不同的狀態(tài)，這些都是程序不具備的。
- 并發(fā)性：多個進程可以在單個處理器上并發(fā)執(zhí)行，多個進程之間不會相互影響。
2、線程
線程是指程序在執(zhí)行過程中，能夠執(zhí)行程序代碼的一個執(zhí)行單元，是操作系統(tǒng)能夠進行運算調(diào)度的最小單位。它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以并發(fā)多個線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。進程中可以擁有多個線程，但是至少有一個線程。一個線程必須有一個父進程。
3、隊列
隊列，又稱為佇列（queue），是先進先出（FIFO, First-In-First-Out）的線性表，在具體應(yīng)用中通常用鏈表或者數(shù)組來實現(xiàn)。裝載線程任務(wù)的隊形結(jié)構(gòu)。隊列只允許在后端（稱為rear）進行插入操作，在前端（稱為front）進行刪除操作。隊列的操作方式和堆棧類似，唯一的區(qū)別在于隊列只允許新數(shù)據(jù)在后端進行添加。
隊列的類型
隊列的類型決定了任務(wù)的執(zhí)行方式（并發(fā)、串行），隊列包括以下幾種：
- 并發(fā)隊列(Concurrent Dispatch Queue)： 線程執(zhí)行可以同時一起進行執(zhí)行,不需要上一個執(zhí)行完，就能執(zhí)行下一個的。
- 串行隊列(Serial Dispatch Queue)： 線程執(zhí)行只能依次逐一先后有序的執(zhí)行,等待上一個執(zhí)行完，再執(zhí)行下一個。
- 主隊列：綁定主線程，所有任務(wù)都在主線程中執(zhí)行，有經(jīng)過特殊處理的串行隊列。
- 全局隊列：系統(tǒng)提供的并發(fā)隊列。
4、同步、異步
- 同步 sync： 只能在當(dāng)前線程按先后順序依次執(zhí)行任務(wù)，不具備開啟新線程的能力。
-
異步 async： 在新的線程中執(zhí)行任務(wù)，具備開啟新線程的能力。
同步異步區(qū)別.png
二、多線程方案
在實際開發(fā)過程中，
GCD和NSOperation兩種多線程方案的使用頻率較高，GCD更接近底層，NSOperation基于GCD封裝的，更加面向?qū)ο蟆?p>
GCD和NSOperation區(qū)別
1、GCD僅僅支持FIFO隊列，不支持異步操作之間的依賴關(guān)系設(shè)置。而NSOperation中的隊列可以被重新設(shè)置優(yōu)先級，從而實現(xiàn)不同操作的執(zhí)行順序調(diào)整。
2、NSOperation支持KVO，可以觀察任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)。
3、GCD更接近底層，GCD在追求性能的底層操作來說，是速度最快的。
4、從異步操作之間的事務(wù)性，順序行，依賴關(guān)系。GCD需要自己寫更多的代碼來實現(xiàn)，而NSOperation已經(jīng)內(nèi)建了這些支持
5、如果異步操作的過程需要更多的被交互和UI呈現(xiàn)出來，NSOperation更好。底層代碼中，任務(wù)之間不太互相依賴，而需要更高的并發(fā)能力，GCD則更有優(yōu)勢
GCD
GCD的代碼是開源的，大家可以通過下載源碼，分析源碼進一步了解GCD。
GCD中兩個執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)：
同步執(zhí)行任務(wù)：
//queue：隊列 block：任務(wù)
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
異步執(zhí)行任務(wù)：
//queue：隊列 block：任務(wù)
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
我們通過代碼來幫助了解同步執(zhí)行和異步執(zhí)行：
我們在全局隊列中同步執(zhí)行任務(wù)1和任務(wù)2，通過打印可以看出，同步執(zhí)行是按順序執(zhí)行任務(wù)，執(zhí)行完任務(wù)1再執(zhí)行任務(wù)2。并且打印當(dāng)前線程，同步執(zhí)行是在主線程中執(zhí)行任務(wù)，沒有開啟新線程。
我們再來看一下異步執(zhí)行：
可以看出任務(wù)1和任務(wù)2交錯執(zhí)行，并非同步執(zhí)行那樣執(zhí)行完任務(wù)1再執(zhí)行任務(wù)2。而且通過線程編號可以看出，的確開啟了新的線程。說明異步執(zhí)行具備開啟新線程的能力。
但是，如果在主隊列中異步執(zhí)行，是不會開啟新線程的：
由于主隊列也是串行隊列，雖然是異步執(zhí)行，但是仍舊執(zhí)行完任務(wù)1再執(zhí)行任務(wù)2，并且是在主線程匯中執(zhí)行，沒有開啟新的線程。
我們用一張表格來總結(jié)一下：
總結(jié)
同步函數(shù)或者主隊列：沒有開啟新線程、串行執(zhí)行任務(wù)；
異步函數(shù)且非主隊列：有開啟新線程、執(zhí)行方式取決與隊列類型并發(fā)或串行
下面我們用幾個例子來幫助我們理解：
1、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSLog(@"任務(wù)1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)2");
});
NSLog(@"任務(wù)3");
}
答案是只會打印任務(wù)1，然后程序崩潰
首先分析一下代碼：主線程執(zhí)行完任務(wù)1后，在主隊列dispatch_get_main_queue()中同步執(zhí)行(dispatch_sync)任務(wù)2，然后執(zhí)行任務(wù)3。
隊列的特點是FIFO，主隊列中已經(jīng)存在任務(wù)viewDidLoad，往主隊列加入任務(wù)2，就需要執(zhí)行完viewDidLoad才能執(zhí)行任務(wù)2。但是想要執(zhí)行完viewDidLoad又必須先執(zhí)行viewDidLoad內(nèi)的任務(wù)2和任務(wù)3。這就造成了死鎖。
2、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSLog(@"任務(wù)1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)2");
});
NSLog(@"任務(wù)3");
}
答案是任務(wù)1，任務(wù)3，任務(wù)2
主線程執(zhí)行任務(wù)1之后，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2；而dispatch_async不要求立馬在當(dāng)前線程同步執(zhí)行任務(wù)；所以主線程接著執(zhí)行任務(wù)3，最后異步執(zhí)行任務(wù)2。
3、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSLog(@"任務(wù)1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)2");
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)3");
});
NSLog(@"任務(wù)4");
});
NSLog(@"任務(wù)5");
}
答案是任務(wù)1，任務(wù)5，任務(wù)2，然后程序崩潰
主線程執(zhí)行任務(wù)1之后，在串行隊列DISPATCH_QUEUE_SERIAL中異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2，這時會開啟子線程，不影響執(zhí)行任務(wù)5。在子線程串行隊列中，執(zhí)行任務(wù)2，接著立刻同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3。但是在串行隊列中需要執(zhí)行完任務(wù)4之后才能執(zhí)行任務(wù)3，因此會產(chǎn)生死鎖。
4、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSLog(@"任務(wù)1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myQueue2", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)2");
dispatch_sync(queue2, ^{
NSLog(@"任務(wù)3");
});
NSLog(@"任務(wù)4");
});
NSLog(@"任務(wù)5");
}
答案是任務(wù)1，任務(wù)5，任務(wù)2，任務(wù)3，任務(wù)4
主線程執(zhí)行任務(wù)1后，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2；所以先執(zhí)行主線程的任務(wù)5，然后執(zhí)行任務(wù)2；接著需要在并發(fā)隊列中同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3；然后執(zhí)行串行隊列中的任務(wù)4。
5、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSLog(@"任務(wù)1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)2");
dispatch_sync(queue2, ^{
NSLog(@"任務(wù)3");
});
NSLog(@"任務(wù)4");
});
NSLog(@"任務(wù)5");
}
答案是任務(wù)1，任務(wù)5，任務(wù)2，任務(wù)3，任務(wù)4
主線程執(zhí)行任務(wù)1之后，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行串行隊列中的任務(wù)2；所以先執(zhí)行主線程的任務(wù)5，然后執(zhí)行任務(wù)2；接著需要在另外一個串行隊列中同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3；然后回到第一個串行隊列中執(zhí)行任務(wù)4。
6、下面代碼的執(zhí)行結(jié)果是什么
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSLog(@"任務(wù)1");
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)2");
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"任務(wù)3");
});
NSLog(@"任務(wù)4");
});
NSLog(@"任務(wù)5");
}
答案是任務(wù)1，任務(wù)5，任務(wù)2，任務(wù)3，任務(wù)4
主線程執(zhí)行任務(wù)1之后，需要異步(dispatch_async)執(zhí)行任務(wù)2；所以先執(zhí)行主線程的任務(wù)5，然后執(zhí)行任務(wù)2；接著需要在并發(fā)隊列中同步(dispatch_sync)執(zhí)行任務(wù)3；然后執(zhí)行并發(fā)隊列中的任務(wù)4。
總結(jié)
使用同步函數(shù)
dispatch_sync往當(dāng)前串行隊列中添加任務(wù)，會卡住當(dāng)前的串行隊列，即產(chǎn)生死鎖。
