前言

最近想系統的研究下iOS上的多線程，就搜集了大量的資料，在這些資料的基礎之上形成了這篇文章。一方面希望自己加深下印象，另外一方面也希望對他人提供一些幫助。由于本人水平有限，難免出現錯誤和疏漏之處，還請讀者見諒。本篇文章主要參考了李明杰老師的教程和一些優秀的文章，再此深表感謝。

1、基本概念

• 進程
  進程是指在系統中正在運行的一個應用程序。例如，同時打開QQ和Xcode，系統就會分別啟動2個進程。在MAC電腦上，可以通過活動監視器查看進程。

  
  
  活動監視器.png

• 線程
  一個進程想要執行任務，必須得有線程（每1個進程至少要有1條線程）。線程是進程的基本執行單元，一個進程（程序）的所有任務都在線程中執行。例如，使用網易云音樂播放音樂、使用迅雷下載電影等都需要在線程中進行。

• 主線程
  處理UI，所有更新UI的操作都必須在主線程上執行。不要把耗時操作放在主線程，會卡界面。

• 線程的串行
  一個線程中的任務的執行是串行的。如果要在1個線程中執行多個任務，那么只能一個一個地按順序執行這些任務。也就是說，在同一時間內，1個線程只能執行1個任務。

• 多線程
  一個進程中可以開啟多條線程，每條線程可以并行（同時）執行不同的任務。進程類似于實際生活中的車間，而線程可以理解為車間中的工人。

2、線程的狀態與生命周期

下圖是線程狀態示意圖，從圖中可以看出線程的生命周期是：新建-就緒-運行-阻塞-死亡

線程狀態.png

下面分別闡述線程生命周期中的每一步

• 新建：實例化線程對象
• 就緒：向線程對象發送start消息，線程對象被加入可調度線程池等待CPU調度。
• 運行：CPU負責調度可調度線程池中線程的執行。線程執行完成之前，狀態可能會在就緒和運行之間來回切換。就緒和運行之間的狀態變化由CPU負責，程序員不能干預。
• 阻塞：當滿足某個預定條件時，可以使用休眠或鎖，阻塞線程執行。sleepForTimeInterval（休眠指定時長），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synthesized(self):（互斥鎖）
• 死亡：正常死亡，線程執行完畢。非正常死亡，當滿足某個條件后，在線程內部中止執行/在主線程中止線程對象。
• 線程的exit和cancel：
  [NSThread exit]：一旦強行終止線程，后續的所有代碼都不會被執行。
  [thread cancek]：并不會直接取消線程，只是給線程對象添加isCancelled標記。

3、多線程的原理

在同一時間內，（單核）CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執行）。因此，多線程并發（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，就造成了多線程并發執行的假象。
思考：如果線程非常非常多，會發生什么情況？
1、CPU會在N多線程之間調度，CPU會累死，消耗大量的CPU資源
2、每條線程被調度執行的頻次會降低（線程的執行效率降低）

4、多線程的優缺點

• 多線程的優點
  1、能適當提高程序的執行效率
  2、能適當提高資源利用率（CPU、內存利用率）

• 多線程的缺點
  1、開啟線程需要占用一定的內存空間（默認情況下，主線程占用1M，子線程占用512KB），如果開啟大量的線程，會占用大量的內存，降低程序的性能
  2、線程越多，CPU在調度線程上的開銷就越大
  3、程序設計會更加復雜（比如線程之間的通信、多線程的數據共享）

5、多線程在iOS開發中的應用

• 什么是主線程
  一個iOS程序運行后，默認會開啟1條線程，稱之為“主線程”或“UI線程”

• 主線程的主要作用
  1、顯示/刷新UI界面
  2、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
  1、不要將比較耗時的操作放到主線程中，因為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。
  2、將耗時操作放在子線程（后臺線程、非主線程）中執行

6、多線程的四種解決方案

多線程的四種解決方案分別是：pthread，NSThread，GCD，NSOperation。
下圖給出了這四種方案的解讀和對比。

多線程的四種解決方案.png

7、線程安全問題

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。就好比幾個人在同一時修改同一個表格，造成數據的錯亂。

解決多線程安全問題的方法

• 方法一：互斥鎖（同步鎖）

@synchronized(鎖對象) {
    // 需要鎖定的代碼
}

判斷的時候鎖對象要存在，如果代碼中只有一個地方需要加鎖，大多都使用self作為鎖對象么這樣可以避免單獨再創建一個鎖對象。
加了互斥鎖的代碼，當新的線程訪問時，如果發現其他線程正在執行鎖定的代碼，新線程就會進入休眠。

• 方法二：自旋鎖
  加了自旋鎖，當新線程訪問代碼時，如果發現有其他線程正在鎖定代碼，新線程就會用死循環的方式，一直等待鎖定的代碼執行完成。相當于不停嘗試執行代碼，比較消耗性能。
  屬性修飾atomic本身就有一把自旋鎖。
  下面說明了屬性修飾nonatomic和atomic

nonatomic 非原子屬性,同一時間可以有很多線程讀和寫
atomic 原子屬性(線程安全)，保證同一時間只有一個線程能夠寫入(但是同一個時間多個線程都可以取值)，atomic 本身就有一把鎖(自旋鎖)
atomic：線程安全，需要消耗大量的資源
nonatomic：非線程安全，不過效率更高，一般使用nonatomic

8、小結

本節主要介紹了多線程的基礎知識，從下節開始介紹iOS多線程的具體使用。

相關系列文章

iOS多線程詳解（一）--- 多線程基礎
iOS多線程詳解（二）--- pthread&NSThread
iOS多線程詳解（三）--- GCD
iOS多線程詳解（四）--- NSOperation
iOS多線程詳解（五）--- 線程安全（鎖的創建）
iOS多線程詳解（六）--- 線程安全（Property）

參考資料：

1、李明杰老師的iOS視頻教程
2、http://www.cocoachina.com/ios/20170707/19769.html