一、簡介：多線程在之前進行過一篇詳細的基礎博客 iOS多線程
二、多線程的基礎知識回顧
- 1.1、iOS中的常見多線程方案
| 技術方案 | 簡介 | 語言 | 線程生命周期 | 使用頻率 |
|---|---|---|---|---|
pthread |
一套通用的多線程API;適用于Unix\Linux\Windows等系統;跨平臺\可移植;使用難度大 |
C語言 | 程序員管理 | 幾乎不用 |
NSThread |
使用更加面向對象；簡單易用，可直接操作線程對象 | OC | 程序員管理 | 偶爾使用 |
GCD |
旨在替代NSThread等線程技術；充分利用設備的多核 | C | 自動管理 | 經常使用 |
NSOperation |
基于GCD（底層是GCD）；比GCD多了一些更簡單實用的功能；使用更加面向對象 | OC | 自動管理 | 經常使用 |
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1.2、GCD中有2個用來執行任務的函數(queue：隊列 block：任務)
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用同步的方式執行任務
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); -
用異步的方式執行任務
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
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1.3、GCD的隊列可以分為2大類型
- 并發隊列（Concurrent Dispatch Queue）
- 可以讓多個任務并發（同時）執行（自動開啟多個線程同時執行任務）
- 并發功能只有在異步（dispatch_async）函數下才有效
- 串行隊列（Serial Dispatch Queue）
- 讓任務一個接著一個地執行（一個任務執行完畢后，再執行下一個任務）
- 并發隊列（Concurrent Dispatch Queue）
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1.4、有4個術語比較容易混淆：
同步、異步、并發、串行- 同步(
dispatch_sync)和異步(dispatch_async)主要影響：能不能開啟新的線程- 同步：在當前線程中執行任務，不具備開啟新線程的能力
- 異步：在新的線程中執行任務，具備開啟新線程的能力
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并發和串行主要影響：任務的執行方式
- 并發：多個任務并發（同時）執行
- 串行：一個任務執行完畢后，再執行下一個任務
- 同步(
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1.5、各種隊列的執行效果
各種隊列的執行效果
注意:使用sync函數往當前串行隊列中添加任務，會卡住當前的串行隊列。如下：#pragma mark 看下面的代碼是否會產生死鎖：會 // 隊列的特點：排隊，FIFO，First In First Out，先進先出 -(void)interview1{ NSLog(@"---------1-------"); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); dispatch_sync(queue, ^{ NSLog(@"---------2-------"); }); // dispatch_sync: 立馬在當前線程執行任務，執行完畢才能繼續往下執行 NSLog(@"---------3-------"); }總結：只要不存在誰等誰的情況就不會有線程的阻塞
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1.6、看下面的打印結果
-(void)interview6{ dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"1"); // 這句代碼的本質是往Runloop中添加定時器 [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0]; /** 沒有添加定時器（test可以立馬執行） [self performSelector:@selector(test) withObject:nil]; */ NSLog(@"3"); }); } -(void)test{ NSLog(@"2"); }打印結果是：1、3
原因：performSelector:withObject:afterDelay:這句代碼的本質是往Runloop中添加定時器 子線程默認沒有啟動Runloop 可以添加下面的代碼來啟動RunLoop [[NSRunLoop currentRunLoop]addPort:[[NSPort alloc]init] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]]; 1.7、GNUstep 是GNU計劃的項目之一，它將Cocoa的OC庫重新開源實現了一遍
三、多線程 GCD 隊列組：notify(喚醒)
// 創建隊列組
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
// 創建并發隊列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("my_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 添加異步任務
dispatch_group_async(group, queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"任務1-%@", [NSThread currentThread]);
}
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"任務2-%@", [NSThread currentThread]);
}
});
下面使用喚醒代碼（和上面的代碼是連著的）
- 3.1、喚醒后在主線程執行任務
// 等前面的任務執行完畢后，會自動執行這個任務
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
// async 異步，dispatch_get_main_queue() 主線程
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"任務3-%@", [NSThread currentThread]);
}
});
});
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3.2、喚醒后在主線程執行任務
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ for (int i = 0; i < 5; i++) { NSLog(@"任務3-%@", [NSThread currentThread]); } }); -
3.3、喚醒后再執行另外兩個子線程任務
dispatch_group_notify(group, queue, ^{ for (int i = 0; i < 5; i++) { NSLog(@"任務3-%@", [NSThread currentThread]); } }); dispatch_group_notify(group, queue, ^{ for (int i = 0; i < 5; i++) { NSLog(@"任務4-%@", [NSThread currentThread]); } });
四、多線程安全隱患: 常見的是 買票 與 存錢取錢
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4.1、多線程安全隱患在什么情況下會出現
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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、同一個變量、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
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4.2、安全隱患的展示：(買票)
安全隱患的展示：(買票)/** 票的數量 */ @property(nonatomic,assign) int ticketCount; -(void)ticketTest{ // 放出 20張票 self.ticketCount = 20; dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); dispatch_async(queue, ^{ for (int i = 0; i<10; i++) { [self buyTicket]; } }); dispatch_async(queue, ^{ for (int i = 0; i<10; i++) { [self buyTicket]; } }); } // 線程調用買票 -(void)buyTicket{ int oldTickCount = self.ticketCount; sleep(0.2); oldTickCount --; self.ticketCount = oldTickCount; NSLog(@"還有%d張票-%@",oldTickCount,[NSThread currentThread]); }調用ticketTest 看下面的打印結果(數據錯亂)
調用ticketTest 看下面的打印結果 -
4.3、安全隱患的展示：(存錢與取錢)
安全隱患的展示：(存錢與取錢)/** 錢的數量 */ @property(nonatomic,assign) int moneyCount; #pragma mark 9.取錢存錢的測試(多線程安全的隱患) -(void)moneyTest{ self.moneyCount = 100; dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); dispatch_async(queue, ^{ for (int i = 0; i<10; i++) { // 存錢 [self saveMoney]; } }); dispatch_async(queue, ^{ for (int i = 0; i<10; i++) { // 取錢 [self drawMoney]; } }); } // 存錢 -(void)saveMoney{ int oldMoney = self.moneyCount; sleep(0.2); oldMoney = oldMoney + 50; self.moneyCount = oldMoney; NSLog(@"存進去50元，余額是%d - %@",oldMoney,[NSThread currentThread]); } // 取錢 -(void)drawMoney{ int oldMoney = self.moneyCount; sleep(0.2); oldMoney = oldMoney - 20; self.moneyCount = oldMoney; NSLog(@"花去20元，余額是%d - %@",oldMoney,[NSThread currentThread]); }調用moneyTest 看下面的打印結果(數據錯亂)
調用moneyTest 看下面的打印結果(數據錯亂) -
4.4、多線程安全隱患分析圖
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由下圖也可以看出 同一塊資源在同一個時間段有多個線程訪問，這樣能夠造成資源混亂
多線程安全隱患分析圖
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由下圖也可以看出 同一塊資源在同一個時間段有多個線程訪問，這樣能夠造成資源混亂
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4.5、多線程安全隱患的解決方案
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解決方案：使用線程同步技術（同步，就是協同步調，按預定的先后次序進行） - 常見的
線程同步技術是：加鎖 - 由下圖也可以看出 同一塊資源在同一個時間段只能由一個線程訪問
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五、iOS中的線程同步方案（下面鎖的調用都在 ThreadLockViewController里面，鎖的封裝在JKBaseCode）：鎖使用的demo
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5.1、目前我所知道的有如下 10 種
1、OSSpinLock
2、os_unfair_lock
3、pthread_mutex
4、dispatch_semaphore
5、dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
6、NSLock
7、NSRecursiveLock
8、NSCondition
9、NSConditionLock
10、@synchronized -
5.2、OSSpinLock (自旋鎖)Height-level lock 多線程的demo:
OSSpinLockDemo與OSSpinLockDemo2里面有對買票和存錢取錢的自旋鎖使用OSSpinLock叫做”自旋鎖”，等待鎖的線程會處于忙等（busy-wait）狀態，一直占用著CPU資源(相當于while循環阻塞線程)
'OSSpinLock' is deprecated: first deprecated in iOS 10.0 - Use os_unfair_lock() from <os/lock.h> instead(在iOS10 被os_unfair_lock取代)
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目前已經不再安全，可能會出現優先級反轉問題
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如果等待鎖的線程優先級較高，它會一直占用著CPU資源，優先級低的線程就無法釋放鎖
OSSpinLock (自旋鎖)
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OSSpinLock 使用如下：（具體的可以看demo）
導入頭文件#import <libkern/OSAtomic.h> 定義鎖 @property(nonatomic,assign) OSSpinLock lock; // 初始化鎖 self.lock = OS_SPINLOCK_INIT; // 加鎖 OSSpinLockLock(&_lock); 加鎖 和 解鎖 中間放 多個線程訪問的資源 // 解鎖 OSSpinLockUnlock(&_lock); 分析：OSSpinLock 不再安全是因為會出現優先級反轉問題，當有多條線程的時候，優先級比較高的線程會優先占用lock(鎖)，優先級相對較低的線程就無法加鎖，只有等優先級高的線程先執行完才可以進行加鎖和解鎖。
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5.3、os_unfair_lock (互斥鎖)Low-level lock
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os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ，從
iOS10開始才支持- 從底層調用看，等待
os_unfair_lock鎖的線程會處于休眠狀態，并非忙等 - 需要導入頭文件
#import <os/lock.h>
os_unfair_lock：互斥鎖
- 從底層調用看，等待
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os_unfair_lock 使用如下：（具體的可以看demo）
導入頭文件 #import <os/lock.h> 定義鎖 @property(nonatomic,assign) os_unfair_lock lock; // 初始化鎖 self.lock = OS_SPINLOCK_INIT; // 加鎖 os_unfair_lock_lock(&_lock); 加鎖 和 解鎖 中間放 多個線程訪問的資源 // 解鎖 os_unfair_lock_unlock(&_lock);
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5.4、pthread_mutex:(互斥鎖)Low-level lock
mutex：
英[m'ju:teks]叫做“互斥鎖”，等待鎖的線程會處于休眠狀態需要導入頭文件
#import <pthread.h>-
Mutex type attributes 有如下四種類型
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#define PTHREAD_MUTEX_NORMAL 0普通鎖 -
#define PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 1檢查錯誤的鎖 -
#define PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 2遞歸鎖 -
#define PTHREAD_MUTEX_DEFAULT PTHREAD_MUTEX_NORMAL普通鎖
pthread_mutex
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具體的使用(不懂的看demo)
// 靜態初始化 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 初始化屬性 pthread_mutexattr_t attr; pthread_mutexattr_init(&attr); pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT); // 初始化鎖 pthread_mutex_init(mutex, &attr); // 銷毀屬性 pthread_mutexattr_destroy(&attr); // 加鎖 pthread_mutex_lock(&mutex); 加鎖 和 解鎖 中間放 多個線程訪問的資源 // 解鎖 pthread_mutex_unlock(&_ticketMutex); // 銷毀相關資源 - (void)dealloc { pthread_mutex_destroy(&_ticketMutex); pthread_mutex_destroy(&_moneyMutexk); } -
有關 遞歸鎖 的使用請看demo里面的
Pthread_mutexLockDemo2
pthread_mutex – 遞歸鎖 -
帶有條件的互斥鎖
pthread_mutex_t,看demo里面的Pthread_mutexLockDemo3(應用場景是：一條線程的執行需要等待另外一條線程先執行，可以加等待條件condition)
pthread_mutex – 條件
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5.5、NSLock:(互斥鎖)：對mutex普通鎖的封裝
NSLock:(**互斥鎖**)- 使用如下：
// 定義鎖的屬性 @property(nonatomic,strong) NSLock *lock; // 初始化鎖 self. lock = [[NSLock alloc]init]; // 加鎖 [self.lock lock]; 加鎖 和 解鎖 中間放 多個線程訪問的資源 // 解鎖 [self.lock unlock]; -
5.6、NSRecursiveLock:也是對mutex遞歸鎖的封裝，API跟NSLock基本一致
NSRecursiveLock-
使用如下：
// 定義鎖的屬性 @property(nonatomic,strong) NSRecursiveLock *lock; // 初始化鎖 self. lock = [[NSRecursiveLock alloc]init]; // 加鎖 [self.lock lock]; 加鎖 和 解鎖 中間放 多個線程訪問的資源 // 解鎖 [self.lock unlock];
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5.7、NSCondition(帶有條件的互斥鎖):是對mutex和cond的封裝
NSCondition(帶有條件的互斥鎖)-
使用如下：
// 定義鎖和條件的屬性 @property(nonatomic,strong) NSCondition *conditLock; // 初始化鎖和條件 self. conditLock = [[NSCondition alloc]init]; // 加鎖 [self. conditLock lock]; // 等待(等待的條件和喚醒的條件 cond 必須保持一致) [self.conditLock wait]; 加鎖 和 解鎖 中間放 多個線程訪問的資源 // 喚醒等待 [self.conditLock signal]; // 廣播 (喚醒所有等待的條件 cond 必須保持一致) // [self.conditLock broadcast]; // 解鎖 [self. conditLock unlock];
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5.8、NSConditionLock(帶有條件的互斥鎖):是對NSCondition的進一步封裝，可以設置具體的條件值
NSConditionLock-
使用如下：(適用環境：根據條件設置線程的執行順序，比如兩個網絡請求，第2個依賴于第一個的結果，那就就可以設置條件)
// 定義鎖和條件的屬性 @property(nonatomic,strong) NSConditionLock *conditLock; // 初始化鎖和條件(initWithCondition:跟的是條件) self.conditLock = [[NSConditionLock alloc]initWithCondition:1]; // 不寫條件的話默 條件 為 0 // self.conditLock = [[NSConditionLock alloc]init]; // 加鎖(根據條件是否相同進行加鎖) [self.conditLock lockWhenCondition:1]; 加鎖 和 解鎖 中間放 多個線程訪問的資源 // 解鎖(解鎖的條件隨便寫：如果解鎖后要執行其他的線程，可以設置和其他的線程匹配的條件) [self.conditLock unlockWithCondition:2];
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5.9、dispatch_queue (
DISPATCH_QUEUE_SERIAL:串行)：直接使用GCD的串行隊列，也是可以實現線程同步的（只要能夠保證在同一時間不共享一塊資源就可以）-
使用如下：(具體的代碼看demo里面的
Dispatch_queueDemo)// 創建全局隊列 @property(nonatomic,strong) dispatch_queue_t ticketLock; // 初始化隊列(名字設置：ticketLock) self.ticketLock = dispatch_queue_create("ticketLock", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_sync(self.ticketLock, ^{ // 共享資源的代碼 });
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5.10、dispatch_semaphore (也是最大并發數：只要設置為
1就可以只執行一件事)semaphore叫做"信號量"信號量的初始值，可以用來控制線程并發訪問的最大數量
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信號量的初始值為1，代表同時只允許1條線程訪問資源，保證線程同步
semaphore 信號量 -
使用如下：
// 定義信號量變量 @property (strong, nonatomic) dispatch_semaphore_t semaphore; // 初始化信號量變量 self. semaphore = dispatch_semaphore_create(1); // 如果信號量的值 > 0，就讓信號量的值減1，然后繼續往下執行代碼 // 如果信號量的值 <= 0，就會休眠等待，直到信號量的值變成>0，就讓信號量的值減1，然后繼續往下執行代碼 dispatch_semaphore_wait(self. semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); 多個線程訪問的資源 dispatch_semaphore_signal(self. semaphore);
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5.11、@synchronized(mutex遞歸鎖的封裝)
- @synchronized是對mutex遞歸鎖的封裝
- 源碼查看：objc4中的objc-sync.mm文件
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@synchronized(obj)內部會生成obj對應的遞歸鎖，然后進行加鎖、解鎖操作
@synchronized是對mutex遞歸鎖的封裝
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5.12、iOS 線程同步方案性能比較(推薦使用下面的第3和第4)
性能從高到低排序
- os_unfair_lock ：從iOS10開始才支持(互斥鎖)
- OSSpinLock ：在iOS10 被os_unfair_lock取代
- dispatch_semaphore
- pthread_mutex
- dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
- NSLock
- NSCondition
- pthread_mutex(recursive)
- NSRecursiveLock
- NSConditionLock
- @synchronized
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5.13、自旋鎖、互斥鎖比較
- 什么情況使用自旋鎖(占用CPU)比較劃算？
- 預計線程等待鎖的時間很短
- 加鎖的代碼（臨界區）經常被調用，但競爭情況很少發生
- CPU資源不緊張
- 多核處理器
- 什么情況使用互斥鎖比較劃算？
- 預計線程等待鎖的時間較長
- 單核處理器
- 臨界區有IO操作（文件的讀寫操作）
- 臨界區代碼復雜或者循環量大
- 臨界區競爭非常激烈
- 什么情況使用自旋鎖(占用CPU)比較劃算？
六、iOS中的讀寫安全方案
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6.1、思考如何實現以下場景
- 同一時間，只能有1個線程進行寫的操作
- 同一時間，允許有多個線程進行讀的操作
- 同一時間，不允許既有寫的操作，又有讀的操作
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6.2、上面的場景就是典型的“多讀單寫”，經常用于文件等數據的讀寫操作，iOS中的實現方案有
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pthread_rwlock：讀寫鎖 -
dispatch_barrier_async：異步柵欄調用
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6.3、pthread_rwlock：讀寫鎖(互斥鎖)
等待鎖的線程會進入休眠
pthread_rwlock讀寫鎖(**互斥鎖**)具體的代碼：（具體的可以看demo里面的
Pthread_rwlockViewController控制器里面的代碼）讀可以多條線程進行
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在寫的時候沒有讀的操作 且 寫只能有一條線程進行
#import "Pthread_rwlockViewController.h" #import <pthread.h> @interface Pthread_rwlockViewController () property (assign, nonatomic) pthread_rwlock_t lock; @end @implementation Pthread_rwlockViewController - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor]; dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); pthread_rwlock_init(&_lock, NULL); for (int i = 0; i<10; i++) { dispatch_async(queue, ^{ [self read]; }); dispatch_async(queue, ^{ [self write]; }); } } // 讀文件 -(void)read{ // 讀可以多條線程進行 pthread_rwlock_rdlock(&_lock); sleep(1.0); NSLog(@"--讀--"); pthread_rwlock_unlock(&_lock); } // 寫文件 -(void)write{ // 在寫的時候沒有讀的操作 且 寫只能有一條線程進行 pthread_rwlock_wrlock(&_lock); sleep(1.0); NSLog(@"--寫--"); pthread_rwlock_unlock(&_lock); } @end
-
6.4、dispatch_barrier_async
- 這個函數傳入的并發隊列必須是自己通過dispatch_queue_cretate創建的
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如果傳入的是一個串行或是一個全局的并發隊列，那這個函數便等同于dispatch_async函數的效果
dispatch_barrier_async - 具體的代碼看demo里面
Dispatch_barrier_asyncViewController控制器
6.5、這是上面所有代碼的demo
