多线程的原理总结

1. 进程的概念

进程是指在系统中正在进行的一个应用程序；每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用且受保护的内存空间内。

比如，同时打开QQ和Xcode，系统就会分别启动2个进程。

通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开的进程

2.  线程的概念

一个进程要想执行任务，必须得有线程（每一个进程至少要有一条线程）。线程是进程的基本执行单元，一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行。

比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影，都需要在线程中执行。

3. 线程的串行

1个线程中任务的执行是串行的，如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个按照顺序执行这些任务，即，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务。

因此也可以认为 线程是进程中的一条执行任务。

4. 多线程

1个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务。多线程技术可以提高程序的执行效率。CPU只能处理1条线程，只有一条线程在工作。

5.多线程的原理

同一时间内，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）;多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）。如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象。

思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？

CPU会在N多线程之间调度，CPU会类似，消耗大量的CPU资源；每条线程被调度执行的频次会较低（线程的执行效率减低）。一般开到3-5条线程。

6. 多线程的优缺点

优点：能适当提高程序的执行效率；能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）。
缺点：开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用1M，子线程占用512KB），如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能；线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大；程序设计更加复杂，例如线程之间的通信、多线程的数据共享。
创建线程大约需要90毫秒。

7. 多线程在iOS开发中的应用

7.1什么是主线程
1个iOS程序运行后，会默认开启1条线程，称为“主线程”或者“UI线程”。

7.2主线程的主要作用
显示／刷新UI界面，处理UI时间（比如点击时间、滚动时间、拖拽事件等）

7.3主线程的使用注意
别将比较消耗的操作放到主线程中；

耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，给用户一种“卡”的坏体验。例如，在一个界面上，点击一个按钮，需要耗时5秒；按下按钮的后，立刻拖拽表格，那么，表格拖拽的反应会在5秒后才响应。

7.4 子线程
将耗时操作放在子线程中

8.NSThread的使用

• 8.0 获取线程(几乎所有的人都在主线程中执行)

//获取主线程
NSThread *mianThread = [NSTread mainThread];
//获取当前线程
NSTread *currentTread = [NSTread currentThread];
//判断是否是主线程
判断number是否等于1； 调用方法 isMainThread

• 8.1 创建和启动线程

一个NSThread对象就代表一条线程。

创建和启动线程的方法：

第一种方法：
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];

[thread start]; //必须要调用这个方法，否者就不会启动

第二种方法：开启后台线程  隐式创建
[self performSelectorInBackground:@select(run) withObject:nil];

第三种方法：直接分离出一条子线程
[self detaNewThreaeSelector:@select(run) toTarget:self withObject:nil];


对比：
第一种：代码量比较大，但是能拿到线程对象
第二种和第三种：无法拿到线程对象进行详细设置

线程一启动，就会告诉CPU准备就绪，可以随时接受CPU调度，CPU调度当前线程后，就会在线程thread中执行self的run方法。

当线程完成任务后，就是被销毁。

• 8.2 主线程相关用法

+ (NSThread *)mainThread; // 获得主线程
- (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
+ (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程

线程的调度优先级：

+ (double)threadPriority;
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
- (double)threadPriority;
- (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
调度优先级的取值范围是0.0 ~ 1.0，默认0.5，值越大，优先级越高

线程的名字：

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

• 8.3 线程的状态

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

[thread start];

• 8.4       控制线程状态

启动线程：

- (void)start;

（进入就绪状态 -> 运行状态。当线程任务执行完毕，自动进入死亡状态。）
 

阻塞（暂停）线程：

+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
 

强制停止线程:
+ (void)exit;
(进入死亡状态)

• 8.5 多线程的安全隐患

（1）资源共享：
1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源。比如，多个线程访问同一个对象、同一个变量和同一个文件
（2）当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题。比如，下图的存钱和取钱的问题以及买票和取票的问题。

• 8.6 安全隐患解决－互斥锁

互斥锁使用格式：
@synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码  }
注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的。
　　　锁对象，可以用self代替
　　　要注意加锁的位置，在多个线程抢夺资源的时候才需要加锁。


互斥锁的优缺点：
优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题；
缺点：需要消耗大量的CPU资源。
 
互斥锁的使用前提：多条线程抢夺同一块资源。


相关专业术语：线程同步

线程同步的意思：多条线程在同一条线上执行（按顺序地执行任务），互斥锁，就是使用了线程同步技术

测试代码如下：

#pragma mark - 卖票
- (void)addThread {
    self.count = 100;
    NSThread *threadA = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(selectTick) object:nil];
    NSThread *threadB = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(selectTick) object:nil];
    NSThread *threadC = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(selectTick) object:nil];
    threadA.name = @"第一个";
    threadB.name = @"第二个";
    threadC.name = @"第三个";
    [threadA start];
    [threadB start];
    [threadC start];
}

- (void)selectTick {
    while (1) {
        if (self.count > 0) {
            self.count --;
            NSLog(@"%@还剩%ld张票",[NSThread currentThread].name, self.count);
        }else {
            NSLog(@"%@卖完了",[NSThread currentThread].name);
            break;
        }
    }
}

当我们调用上面那一段代码的时候，是没有出现卖票上票数不对的问题的；
因为代码中并没有做耗时的操作，每个方法调用一次就结束了，所以不会出现资源抢夺的情况；

如果在selctTick的方法中，添加一个耗时的操作，那么问题就会暴露，将selectTick的方法修改成如下：
- (void)selectTick {
    while (1) {
        if (self.count > 0) {
            self.count --;
            for (NSInteger i = 0; i < 100000; i++) {
                //这是一个耗时的操作
            }
            NSLog(@"%@还剩%ld张票",[NSThread currentThread].name, self.count);
        }else {
            NSLog(@"%@卖完了",[NSThread currentThread].name);
            break;
        }
    }
}

查看打印的数据，就会发现有的票重复卖了。

解决方法：

加上一个同步锁：
- (void)selectTick {
    
    while (1) {
        @synchronized (self) {
            if (self.count > 0) {
                self.count --;
                for (NSInteger i = 0; i < 1000; i++) {
                    
                }
                NSLog(@"%@还剩%ld张票",[NSThread currentThread].name, self.count);
            }else {
                NSLog(@"%@卖完了",[NSThread currentThread].name);
                break;
            }
        }
    }
}

注意加锁的位置，如果锁加在了while（1）之前，等于说，是一个人执行了卖票的流程，那么只有一个人把票全部卖完了，其他人才能卖票。

• 8.7 原子与非原子属性

（1）OC在定义属性时有nonatomic 和 atomic两种选择：

atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）；

nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁。

（2）nonatomic和atomic对比：

atomic：线程安全，需要消耗大量的资源；

nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备。

（3）ios开发建议：

所有属性都声明为nonatomic；

尽量避免多线程抢夺同一块资源；

尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理，减小移动客户端的压力。

• 8.8 线程间通信

1. 线程间通信：在1个进程种，线程往往不是独立存在的，多个线程之间需要经常进行通信。
2. 线程间通信的体现：
3. 1个线程传递数据给另1个线程；
4. 在1个线程中执行完特定任务后，转到另一个线程继续执行任务。

• 线程间通信常用方法：

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

9. GCD的使用

9.1 什么是GCD
全称：Grand Central Dispatch, 可译为“牛逼的中枢调度器”；纯C语言，提供了非常多强大的函数。

9.2 GCD的优势
 GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
 GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
 GCD会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
程序员只需要告诉GCD想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码
9.3 任务和队列
（1）GCD中有2个核心概念：

任务：执行什么操作；

队列：用来存放任务。

（2）GCD使用的2个步骤：

定制任务：确定想做的事情；

将任务添加到队列中：GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行；任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出。

• 9.4 执行任务

GCD中有2个用来执行任务的函数：

（1）用同步的方式执行任务

     dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

     queue：队列的意思；block：任务

（2）用异步的方式执行任务

     dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

（3）同步和异步的区别：

同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力

异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力

• 9.5 并发队列

GCD默认已经提供了全局的并发队列，供整个应用使用，不需要手动创建。

使用dispatch_get_global_queue函数获得全局的并发队列。

获取一个全局并发队列：

 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

将任务添加到队列中：

dispatch_async(queue, ^{

        //任务

        NSLog(@"renwu1%@",[NSThread currentThread]);

    });

• 全局并发队列的优先级：

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH  ＝2 // 高

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT ＝ 0 // 默认（中）

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW  ＝(-2) // 低

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台

• 9.6 串行队列

 GCD中获得串行有2中途径：

（1）   使用dispatch_queue_create函数创建串行队列；

// 创建一个串行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(nil, DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

// 将任务添加到队列中

    dispatch_async(queue, ^{

        // 任务1

        NSLog(@"耗时任务1:%@",[NSThread currentThread]);

    });

（2）使用dispatch_get_main_queue()获得主队列：放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行；

        dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

• 9.7 线程间通信示例

从子线程回到主线程：

dispatch_async(

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    // 执行耗时的异步操作...

      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

        // 回到主线程，执行UI刷新操作

        });

});

• 9.8 延时执行

iOS常见的延时执行有2种方法：

（1）   调用NSObject的方法：

[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];

（2）   使用GCD函数：

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{

    // 2秒后执行这里的代码... 在哪个线程执行，跟队列类型有关

});

（3）[NSTimer scheduledTimeWithTimeInterval:2.0 target:self seclector:@select(run) userInfo:nil repeat:No];

• 9.9 一次性代码（单利模式）

          单例模式的作用：可以保证在程序运行过程种，一个类只有一个实例，而且该实例易于供外界访问；从而方便地控制了实例个数，并节约系统资源。

          单例模式的使用场合：在整个应用程序中，共享一份资源（这份资源只需要创建初始化1次）。  

          单例模式在ARC／MRC环境下的写法有所不同，需要编写2套不同的代码。可以用宏定义判断是否为ARC环境：

#if __has_feature(objc_arc)

     // ARC

#else

     // MRC

#endif

 使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次

static dispatch_once_t onceToken;
//内部实现原理：判断onceToken的值 == 0 来觉得是否执行block中的任务；当执行过后，onceToken的值为 -1
dispatch_once(&onceToken, ^{

    // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)

});

alloc会调用allocWithZone（这个方法会分配存储空间）

给某个类添加一个单利的方法：

// 提供一个全局的静态变量（对外界隐藏）

MYCUserModelInfo *_userInfo;

@implementation MYCUserModelInfo

 // 从写alloc方法保证永远只分配一次存储空间 alloc会调用allocWithZone（这个方法会分配存储空间）

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {

    static dispatch_once_t onceToken;

    dispatch_once(&onceToken, ^{

        _userInfo = [super allocWithZone:zone];

    });

    return _userInfo;

}

// 提供类方法 

+ (instancetype)shareUserInfo {

    return [[self alloc] init];

}

//重写 copy 需要继承NSMutableCoping 

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {

    return _userInfo;

}

 //需要继承NSCoping 

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone {

    return _userInfo;

}

• 9.10 队列组

有这么1种需求：分别异步执行2个耗时的操作，等2异步操作都执行完毕后，再回到主线程执行操作。

如果想要快速高效地实现上述需求，可以考虑用队列组：

dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    // 执行1个耗时的异步操作

});

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    // 执行1个耗时的异步操作

});

dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{

    // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程...

});

9.11 栅栏函数

dispath_barrier_asyn(queue,^
{
   NSlog(@"111111"); 
})

栅栏函数，之前的任务是并发执行，之后的任务也是并发执行；

10.   NSOperation的使用

基础知识：

一般在开发中，直接使用GCD 开启线程，做多线程的操作。如果，自己需要自定义框架／需要管理操作，这个时候，选择NSOperation。

管理操作：取消操作／暂停／回复操作。

10.1 NSOperation的子类
NSOperation是个抽象类，并不具备封装操作的能力，必须使用它的子类。

使用NSOperation子类的方式有3中：

（1）NSInvocationOperation

（2）NSBlockOperation

（3）自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

10.2 NSInvocationOperation

使用方式：

　　// 创建一个操作.－创建对象
    NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];
    // 在当前线程执行. start 会在当前线程执行.直接启动
    [op start];

 一旦执行操作，就会调用target的self方法。
注意：默认情况下，调用了start方法后并不会开一条新线程去执行操作，而是在当前线程同步执行操作。只有将NSOpeation放到一个NSOperationQueue中，才会异步执行操作。

• 10.3 NSBlockOperation

（1）创建NSBlockOperation对象：

+ (id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

（2）通过addExecutionBlock：方法添加更多操作

- (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block;

         
   使用方法：

  // 创建一个操作.

    // 如果 NSBlockOperation 中封装的操作数 > 1(追加操作了),这个时候,不能保证任务在哪条线程中执行.即使将操作添加到主队列,依然会有任务在子线程执行.

    // 建议:如果使用 NSBlockOperation,为了确保任务在自己想要的线程执行,最好不要追加操作.

    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

        //
        [self test];

    }];

    // 追加操作/任务

    [op addExecutionBlock:^{

        NSLog(@"--------------1 %@",[NSThread currentThread]);

    }];

• 10.4 NSOperationQueue

NSOperationQueue 的作用：

（1）NSOperation可以调用start方法来执行任务，但默认是同步执行的；

（2）如果将NSOperation添加到NSOperationQueue（操作队列中）,系统会自动异步执行NSOperationQueue中的操作。

 
添加操作到NSOperationQueue中：

- (void)addOperation:(NSOperation *)op;
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

 

使用方法：

// 1.主队列:主队列中的操作,都要交给主线程执行.

    // 获取主队列
    NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue];

    // 将操作添加到队列中
    [mainQueue addOperation:op];

  
    // 2.非主队列.添加到非主队列中的操作,都交给子线程来执行.

   // 创建一个非主队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 将操作添加到非主队列中
    [queue addOperation:op];  //内部会调用start方法，start方法会调用main方法

  
    // 这一句代码,相当于之前的两句.
    [mainQueue addOperationWithBlock:^{

        NSLog(@"直接往操作队列中添加操作%@",[NSThread currentThread]);

    }];

• 常规操作

10.5 最大并发数
并发数的概念：同时执行的任务数，比如同时开3个线程执行3个任务，并发数就是3.

最大并发数的相关方法：

- (NSInteger)maxConcurrentOperationCount;

- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

10.6 队列的取消、暂停和恢复及监听
（1）取消队列的所有操作：- (void)cancelAllOperations;

（2）取消单个操作：- (void)cancel；（NSOperation的方法）   只能暂停后面的操作，不能暂停当前的任务

（3）暂停和恢复队列：

- (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暂停队列，NO代表恢复队列

- (BOOL)isSuspended;

（4）操作的监听：可以监听一个操作的执行完毕；

- (void (^)(void))completionBlock;

- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

  // 创建操作

    NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

        [self test1];

    }];

    // 当某个操作完成之后,就会回调这个方法.

    [op3 setCompletionBlock:^{

     // 对于Block,尽量用 set 方法,这样就不用去猜测 Block 的类型了.

        NSLog(@"操作完成之后的回调");

    }];

• 10.7 操作依赖

　　NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序，比如一定要让操作A执行完后，才能执行操作B，可以这么实现：

　　[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依赖于操作A

　　但是要注意，不能相互依赖，即：A依赖B，而B依赖A；可以在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系

• 10.8 自定义NSOperation

　　自定义NSOperation的步骤很简单：第一个新建一个类，继承NSOperation；第二步：重写- (void)main 方法，在里面实现想执行的任务。

重写- (void)mian方法的注意点：

自己创建自动释放池（因为如果是异步操作，无法访问主线程的自动释放池）；

经常通过- (BOOL)isCancelled方法检验操作是否被取消，对取消做出响应。苹果官方建议：在自定义操作的时候，每执行完一个耗时操作就判断一下当前是否取消，如果取消就返回。

// 当调用了 NSOperation 的 start 方法或者 将操作添加到操作队列中之后,就会调用这个main 方法.(就会执行main 方法中的内容.)
//  @autoreleasepool {} 自动释放池.一般情况下,操作在子线程执行,子线程的运行循环一般情况下不会开启.子线程中的对象默认情况下不会访问主线程中的自动释放池,所以需要手动添加.

-(void)main
{
    @autoreleasepool {
        
        // 当程序运行完下面这句代码之后,图片就下载成功.
        UIImage *image = [self downloadWebImageWithUrlString:self.urlString];
　　　　　if（self.isCannel）{
　　　　　　return;  
        }
        
        // 显示图片.必须在主线程显示.
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            
            NSLog(@"显示图片%@",[NSThread currentThread]);
            self.imageView.image = image;

        });
    }
}

// 下载网络图片的方法
- (UIImage *)downloadWebImageWithUrlString:(NSString *)urlString
{
    NSLog(@"downloadWebImageWithUrlString:%@",[NSThread currentThread]);
    
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:urlString];
    
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
    
    return image;
}