2021-02-04 多线程

作者: 胖渣大橘子 | 来源:发表于2021-02-04 08:02 被阅读0次

为啥要并发

让多个任务同时执行
提高app运行的性能，保证App实时响应
1因为UI界面运行在主线程之上，它是一个串行线程。如果将所有代码都放在主线程上运行，那么主线程将承担网络请求，数据处理，图像渲染等操作，无论是GPU还是计算机内存，都会性能耗尽，从而影响用户体验。

线程和进程的区别

同步和异步，串行和并行。多任务和阻塞

异步：异步和同步是相对的，同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其它的事情。
异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。
Sync Async Serial Concurrent

Serial/Concurrent声明队列的属性是串行的还是并行的。串行队列(Serial Queue)指在同一时间内，队列中只能执行一个任务，当前任务执行完后才能执行下一个任务。
在串行队列中只有一个线程。
并行队列(Concurrent Queue)允许多个任务在同一个时间同时进行，在并行队列中有多个线程。串行队列的任务一定是按开始的顺序结束。而并行队列的任务并不一定会按照开始的顺序结束。

任务：就是执行操作的意思，换句话说就是你在线程中执行的那段代码。在 GCD 中是放在 block 中的。执行任务有两种方式：『同步执行』和『异步执行』。两者的主要区别是：是否等待队列的任务执行结束，以及是否具备开启新线程的能力。

同步执行（sync）：
同步添加任务到指定的队列中，在添加的任务执行结束之前，会一直等待，直到队列里面的任务完成之后再继续执行。
只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。
异步执行（async）：
异步添加任务到指定的队列中，它不会做任何等待，可以继续执行任务。
可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。
串行队列（Serial Dispatch Queue）：
每次只有一个任务被执行。让任务一个接着一个地执行。（只开启一个线程，一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）
并发队列（Concurrent Dispatch Queue）：
可以让多个任务并发（同时）执行。（可以开启多个线程，并且同时执行任务）
注意：并发队列的并发功能只有在异步（dispatch_async）方法下才有效。

Sync/Async声明任务是同步还是异步执行的。
同步(Sync)会把当前的任务加到队列中，等到任务执行完成，线程才会返回继续运行。
也就是说，同步会阻塞线程。
异步(Async)也会把当前的任务添加到队列中，但它会立刻返回，无须等任务执行完成，也就是说异步不会阻塞线程。
无论是串行队列还是并行队列，都可以执行异步或者同步操作。
注意，在串行队列中执行同步操作容易造成死锁。
在并行队列中则不用担心这个问题。异步操作无论是在串行队列中执行还是在并行队列中执行，都可能出现竞态问题；
同时，异步操作经常与逃逸闭包一起出现在API的设计中

串行队列的代码实战

// 串行同步
serialQueue.sync {
print(1);
}
print(2);
serialQueue.sync {
print(3);
}
print(4);
1
2
3
4
串行队列中同步操作时打印1，2，3，4

// 串行异步
serialQueue.async {
print(1);
}
print(2);
serialQueue.asyn {
print(3);
}
print(4);
serialQueue mainqueue
1 2不用等1
3等1 3等2 4等2
1 不用等我执行完 12 21
2 主队列，同步 1243 1234 2134 2143 2413
3 不用等我执行完
4 主队列，同步

同步

同步执行：比如这里的dispatch_sync，这个函数会把一个block加入到指定的队列中，而且会一直等到执行完blcok，这个函数才返回。因此在block执行完之前，调用dispatch_sync方法的线程是阻塞的。

异步

异步执行：一般使用dispatch_async，这个函数也会把一个block加入到指定的队列中，但是和同步执行不同的是，这个函数把block加入队列后不等block的执行就立刻返回了。

// 串行异步嵌套同步 1
外边异步块 2
5 3阻塞线程等3完成
print(1) 4
serialQueue.async {
print(2)
serialQueue.sync {
print(3)
}
print(4)
}
print(5)
dispatch_sync() 同步执行，完成了它预定的任务后才返回，阻塞当前线程
dispatch_async() 异步执行，会立即返回，预定的任务会完成但不会等它完成，不阻塞当前线程
mainqueue serialQueue不同等
1 2 不同等
5 3 3进行的条件是整个block块结束，3等块结束
4 4等3结束
1，2

串行队列＋同步任务：不会开启新的线程，任务逐步完成。
不会开启新线程，在当前线程执行任务。任务是串行的，执行完一个任务，再执行下一个任务。

串行队列＋异步任务：开启新的线程，任务逐步完成。
并发队列＋同步任务：不会开启新的线程，任务逐步完成。

任务按顺序执行的。按顺序执行的原因：虽然并发队列可以开启多个线程，并且同时执行多个任务。但是因为本身不能创建新线程，只有当前线程这一个线程（同步任务不具备开启新线程的能力），所以也就不存在并发。而且当前线程只有等待当前队列中正在执行的任务执行完毕之后，才能继续接着执行下面的操作（同步任务需要等待队列的任务执行结束）。所以任务只能一个接一个按顺序执行，不能同时被执行。

并发队列＋异步任务：可以开启多个线程，任务交替（同时）执行。
|
串主
1 2
3 4

1一定在3之前被打印出来，因为1在3之前派发，串行队列一次只能执行一个任务。所以一旦派发完就执行任务。
2一定在4之前被打印出来
2一定在3之前被打印出来

多线程的实现方式？区别？每种方式的适用场景

1Pthread

pthread 是一套通用的多线程的 API，可以在Unix / Linux / Windows 等系统跨平台使用，使用 C 语言编写，需要程序员自己管理线程的生命周期，使用难度较大，我们在 iOS 开发中几乎不使用 pthread，但是还是来可以了解一下的。
场景获取堆栈信息
https://blog.csdn.net/wxs0124/article/details/104961809
/_np 是指 not POSIX ，这里的 POSIX 是指操作系统的一个标准，特别是与 Unix 兼容的操作系统。np 表示与标准不兼容
pthread_t pt = pthread_from_mach_thread_np(list[i]);
获取当前调用栈的信息

#pragma mark - Interface
+ (NSString *)callStackWithType:(SMCallStackType)type {
// 所有线程
if (type == SMCallStackTypeAll) {
thread_act_array_t threads; //int 组成的数组比如 thread[1] = 5635

2NSThread

最大限度的掌控每个线程的生命周期。但是，也需要开发者手动管理所有的进程活动，
比如创建、同步、暂停、取消，其中手动加锁操作的挑战性很大。
NSThread总体使用场景很小，基本是在开发底层的开源软件或是测试时使用。
还有就是获取一些线程信息，如当前线程，主线程，线程名称。

NSThread *nsthread = [NSThread currentThread]; //当前执行的指令

3GCD

4Operation

// A、B、C、D、E、F六个任务
// A、B、C 并发执行
// D--->A,B
// E--->B,C
// F--->D、E
// 1A、B、C没有依赖关系

NSOperation实现

 NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue.maxConcurrentOperationCount = 6;
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"A任务");
        }
    }];
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"B任务");
        }
    }];
    NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"C任务");
        }
    }];
    NSBlockOperation *op4 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"D任务");
        }
    }];
    NSBlockOperation *op5 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"E任务");
        }
    }];
    NSBlockOperation *op6 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"F任务");
        }
    }];
    [op4 addDependency:op1];
    [op4 addDependency:op2];
    [op5 addDependency:op2];
    [op5 addDependency:op3];
    [op6 addDependency:op4];
    [op6 addDependency:op5];
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];
    [queue addOperation:op3];
    [queue addOperation:op4];
    [queue addOperation:op5];
    [queue addOperation:op6];

dispatch实现

/ D--->A,B
    dispatch_group_t g1 = dispatch_group_create();
    // E--->B,C
    dispatch_group_t g2 = dispatch_group_create();
    // F--->D、E
    dispatch_group_t g3 = dispatch_group_create();
    dispatch_group_enter(g1);
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"A任务");
        }
        dispatch_group_leave(g1);
    });
    dispatch_group_enter(g1);
    dispatch_group_enter(g2);
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"B任务");
        }
        dispatch_group_leave(g1);
        dispatch_group_leave(g2);
    });
    dispatch_group_enter(g2);
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"C任务");
        }
        dispatch_group_leave(g2);
    });
    dispatch_group_enter(g3);
    dispatch_group_notify(g1, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"D任务");
        }
        dispatch_group_leave(g3);
    });
    dispatch_group_enter(g3);
    dispatch_group_notify(g2, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"E任务");
        }
        dispatch_group_leave(g3);
    });
    dispatch_group_notify(g3, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"F任务");
        }
    });

dispatch_group_t底层
底层是一个结构体
类似一个链表的形式存储当前的任务
struct dispatch_group_s {
DISPATCH_SEMAPHORE_HEADER(group, dg)
int_volatile dg_waiters;
struct dispatch_continuation_s * volatitile dg_notify_head;
struct dispatch_continuation_s * volatitile dg_notify_tail;
}
enter函数原子自增，dg_value做加两次enter之后就是等于2
leve函数原子自减，dg_value做减，每次减1
当dg_value为0的时候，就是执行_dispatch_group_wake(dg, false)
(dispatch源码苹果官网可下载)
enter,leave类似于信号量的标记
标记当前有多少个任务要执行
notify就是等group的任务为0，就是dg_value的任务为0的时候

BlockOperation是基于状态机制实现的
队列的任务是isReady状态时，才会被队列调度
operationqueue是一个队列
adddependency其实就是在底层建立一个依赖关系
比如D任务依赖于A,B其实实现就是，等A任务B任务的状态都编程isFinish后，D任务的状态变成isReady，然后isReady的任务就可以被调度了
所以D需要监听A,B的状态值变化，就是一个KVO
A依赖于B任务，A会存在一个dpendencies数组，里面存放着B
B有downdenpendices数组，存放着B
isReady的判断是根据当前计数器判断
然后最底层还是根据GCD来调度
operation源码在gihub上

多线程和runloop的关系

一一对应的关系
-通过k-value的形式存储在一个全局的字典中，来对应当前的线程和
runloop
-runloop源码
TSL是线程局部存储空间
当前线程访问autoreleasepool
return os_mac
pthread_getspecific
return os_linux
pthread_getspecific
return os_win32
pthread_getspecific
私有函数，当前线程的局部存储空间只能被当前线程所访问到，其他线程访问不到。
runloop没有就会创建，放在全局字典里的同时也会在TSL里做一个缓存。
当前线程的保活
子线程执行完任务后就会销毁掉，
线程常驻，就是
_port = [NSMacPort port];
_thread = [[LXJThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadTest) object:nil]];
[_thread start];
@autoreleasepool {
// port mach_msg 消息队列的收发，决定当前runloop是休眠还是执行任务
// port是和mac_os内核有关的东西
// 端口收发消息队列
// 先获取当前子线程的runloop
NSRunloop *runloop = [NSRunloop currentRunloop];
// 向当前的子线程runloop add port
// port用来收发消息
[self registerobserver]
[[runloop addPort:port forMode:nsrunloopdefaultnmode]];
[runloop run];
线程常驻后如何销毁子线程
子线程能存活就是依赖与port事件源
是否可以移除事件源头，然后解除
// runloop不会退出 [[runloop remove:port forMode:nsrunloopdefaultnmode]];
如果控制器销毁，runloop会不会退出
// runloop不会退出，还会有野指针问题
// 因为移除当前线程的事件源时，并不能保证系统不往线程里添加一些额外的事件源。所以没有办法通过移除自己事件源来移除常驻线程。
// 当前直接去退出当前线程
// [NSThread exit];线程无法响应，当前线程销毁，野指针。程序崩溃，线程销毁了，runloop不销毁还会造成内存泄漏。
// 看源码CFRunloop怎么stop的
// 判断CFRunloop finished是通过
// CFRunloop isFinished
// 如果当前runloop的mode是空的或者runloopmode是空，isfinish就是true。没有runloop mode 就finish了但是对现在没有用，因为当前runloop run 肯定有mode
// 如果mode name == null或者是commonmode(commomode只是一个标记)
// runloop run起来本质就是一个while循环
// 循环结束依赖于。。。
// _cfrunllop stop就相当于有了退出标记
// CFRunloopStop([CFRunloop current])当前的runloop还是退出不了
}
// 仿照源码
runloop runmode:nsdefaultmode beforedate: [snadate distantfuture]

有序列表第二项


# iOS 并发编程中的三大问题
* 竞态条件
  两个或两个以上线程对共享的数据进行读写操作时，最终的数据结果不确定的情况。
* 优先倒置
  低优先级的任务会因为各种原因先于高优先级的任务执行。
* 死锁问题
  两个或者两个以上的线程，它们之间互相等待彼此停止执行，以获得某种资源，但是没有一方会提前退出的情况。在iOS开发中，**有一个经典的例子就是两个Operation互相依赖。
在对同一个串行队列中进行异步、同步嵌套时:
#如何Debug并发编程问题

2021-02-04 多线程

为啥要并发

线程和进程的区别

同步和异步，串行和并行。多任务和阻塞

串行队列的代码实战

同步

异步

多线程的实现方式？区别？每种方式的适用场景

1Pthread

2NSThread

3GCD

4Operation

多线程和runloop的关系

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