iOS多线程基础

作者: just东东 | 来源:发表于2020-10-10 11:18 被阅读0次

iOS 多线程

1.线程与进程

1.1 线程的定义

线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务大偶在线程中执行
进程要想执行任务，必须得有线程，进程至少要有一条线程
程序启动会默认开启一条线程，这条线程被称为主线程或UI线程

1.2进程

进程是系统进行资源和调度的基本单位
在移动端进程是指在系统中正在运行的一个应用程序（注：iOS是单进程，Android可以实现多进程）
每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的切受保护的内存

1.3进程与线程的关系

地址空间：统一进程的线程共享本进程的地址空间，而进程之间则是独立的地址空间。
资源拥有：同一进程内的线程共享本进程的资源内存、I/O、CPU等，但是进程之间的资源是独立的。
相互影响：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃后整个进程就死掉了，所以多进程要比多线程健壮
资源占用：进程切换时资源消耗大，效率高。所以涉及到频繁的切换时，使用线程要好于进程。同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。
执行过程：每个独立的进程有一个程序的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行，必须存在应用程序中（进程），有应用程序提供多个线程执行控制（多线程开发）。
线程是处理器调度的基本单位，但进程不是，线程也是进程执行的基本单位

1.4线程与队列的关系

多线程中的队列有：串行队列，并发队列，全局队列，主队列。
队可以理解为一种数据结构，以某种方式，等待线程去执行。

1.5 iOS线程与Runloop的关系

线程与Runloop是一一对应的，一个Runloop对应一个核心线程，为什么说是核心线程，因为Runloop是可以嵌套的，但是核心只有一个，他们的对应关系保存在一个全局字典里
Runloop是用来管理线程的，线程执行完任务时会进入休眠状态，有任务进来时会被唤醒，开始执行任务。所以说Runloop是事件驱动的。
Runloop在第一次获取时被创建，线程结束时被销毁。主线程的Runloop在程序启动的时候就会被创建。
子线程的Runloop是懒加载的，只有在使用的时候才被创建。
注：在子线程使用NSTimer时要注意确保子线程的Runloop已经创建，否则NSTimer不会生效。

2.多线程

2.1 多线程的定义

多线程是一个进程中并发多个线程同时执行各自的任务。就是由单核CPU通过时间片不断的切换执行程序。

分时操作系统会把CPU的时间划分为长短基本相同的时间区间（时间片），在一个时间片内，CPU只能处理一个线程中的一个任务，对于一个单核CPU来说，在不同的时间片来执行不同线程中的任务，就形成了多个任务在同时执行的“假象”。

2.2多线程的优缺点

1.优点
    *减少应用程序的堵塞，增加程序的执行效率
    *适当提高CPU和内存的利用率
    *线程上的任务执行完成后，线程自动销毁（部分API可实现）
3.缺点
    *线程的开启需要占用一定的内存空间，默认是512KB/线程
    *线程开启的越多内存占用越大，会降低程序的性能
    *线程越多CPU在调用线程上的开销就越大
    *程序设计更加复杂，需要考虑线程间通信，多线程的数据共享等问题

2.3 多线程的生命周期

线程的生命周期.jpg

可能造成阻塞的条件：
锁(lock),循环引用，sleep()函数，循环执行

2.4 可调度线程池

什么是线程池：

提供一组线程资源用来复用线程资源的一个池子

线程池中常用参数释义：

corePoolSize 线程池的基本大小（核心线程池大小）
maximumPool 线程池最大大小
keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程的最大存活时间
unit keepAliveTime参数的时间单位
workQueue 任务阻塞队列
threadFactory 新建线程的工厂
handler 当提交任务数超过maximumPoolSize与workQueue之和时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

线程池调度原理：

线程池调度原理.jpg
饱和策略：

AboutPolicy 直接抛出RejectedExecutionExeception异常，阻止系统的正常运行
CallerRunsPolicy 将任务回退到调用者
DisOldestPolicy 丢掉等待最久的任务
DisCardPolicy 直接丢弃任务

注：以上四种拒绝策略均实现的RejectedExencutionHandler

注：iOS开发中不会直接接触到线程池，这是因为GCD已经包含了线程池的管理，我们常用的就是GCD（NSOperation底层也是GCD），所以只需要通过GCD获取线程来执行任务即可。

继续探索多线程更底层的知识可以尝试搜索Java Posix

2.6 iOS的几种多线程技术方案

iOS多线程API.jpg

pthread：即POSIX Thread，是线程的POSIX标准，是一套通用的多线程API，可以在Unix/Linux/Windows等平台跨平台使用。iOS中基本不使用。
NSThread：苹果封装的面向对象的线程类，可以直接操作线程，比起GCD，NSThread效率更高，由程序员自行创建，当线程中的任务执行完毕后，线程会自动退出，程序员也可手动管理线程的生命周期。使用频率较低。
GCD：全称Grand Central Dispatch，由C语言实现，是苹果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，自动管理线程的声明周期，程序员只需要告诉GCD需要执行的任务，无需编写任何管理线程的代码。GCD也是iOS使用频率最高的多线程技术。
NSOperation：基于GCD封装的面向对象的多线程类，相较于GCD提供了很多方便的API，使用频率较高。

3. 线程间的通讯

3.1 几种线程间的通讯方式

通过上面的介绍我们对线程有了基本的了解，那么线程之间是如何通讯的呢？其实我们都知道的就是在子线程获取数据，然后切换到主线程进行刷新UI，其实这只是表象，并不是真正的线程通讯方式，如果在面试中这样回答基本就是回家等消息了。那么线程之间倒地是如何通讯的呢？在苹果官方文档中给我们列出了线程间通讯的几种方式：

线程间通讯的几种方式.jpg

线程之间有许多通信方式，每种方式都有其优缺点。配置线程本地存储列出了您可以在OS x中使用的最常见的通信机制(除了消息队列和Cocoa分布式对象，这些技术在iOS中也可用)。这个表中的技术是按照复杂度递增的顺序列出的。其中后两种只能在OS X中使用。

Direct messaging：这个就是我们常用的selector系列，例如-performSelector:。
Global variables, shared memory, and objects：直接通过全局变量、共享内存等方式，但这种方式会造成资源抢夺，涉及到线程安全问题。
Conditions：条件锁，一种特殊的锁，我们可以使用它来控制线程何时执行特定部分的代码。
Run loop sources：自定义Runloop来设置用于在线程上接收应用程序特定消息的循环源，因为它们是事件驱动的，所以运行循环源会在无事可做时将线程自动休眠，从而提高线程的效率。
Ports and sockets：通过端口和套接字来实现线程间通讯。

4. iOS中使用线程间通讯示例（使用NSPort）

此处的例子是通过一个PortPerson对象跟ViewController进行发消息的实例。

代码中首先将VC的self.myPort添加到主线程的Runloop中，然后起新线程让Person像VC发送消息，VC在收到消息后也像Person发送一条消息，在此过程中并没有切换线程的代码，通过打印线程可以看到VC的操作是在主线程中完成的，Person是在子线程（7）中完成的，通过这些代码就完成了线程间的通讯。

PortPerson 代码：

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface PortPerson : NSObject
- (void)personLaunchThreadWithPort:(NSPort *)port;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "PortPerson.h"

@interface PortPerson()<NSMachPortDelegate>

@property (nonatomic, strong) NSPort *vcPort;
@property (nonatomic, strong) NSPort *myPort;

@end

@implementation PortPerson

- (void)personLaunchThreadWithPort:(NSPort *)port {
    
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"Person Thread %@", [NSThread currentThread]);
        //1. 保存主线程传入的port
        self.vcPort = port;
        //2. 设置子线程名字
        [[NSThread currentThread] setName:@"PortPersonThread"];
        //3. 开启runloop
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        //4. 创建自己port
        self.myPort = [NSMachPort port];
        //5. 设置port的代理回调对象
        self.myPort.delegate = self;
        //6. 完成向主线程port发送消息
        [self sendPortMessage];
    }
    
}

- (void)sendPortMessage {
 
    NSData *data1 = [@"这是一条port信息" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
//    NSData *data2 = [@"data2" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

    NSMutableArray *array  =[[NSMutableArray alloc]initWithArray:@[data1,self.myPort]];
    // 发送消息到VC的主线程
    // 第一个参数：发送时间。
    // msgid 消息标识。
    // components，发送消息附带参数。
    // reserved：为头部预留的字节数
    [self.vcPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                          msgid:10086
                     components:array
                           from:self.myPort
                       reserved:0];
}

#pragma mark - NSMachPortDelegate

- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message{
    
    NSLog(@"person:handlePortMessage  == %@",[NSThread currentThread]);


    NSLog(@"从VC 传过来一些信息:");
    NSLog(@"components == %@",[(id)message valueForKey:@"components"]);
    NSLog(@"receivePort == %@",[(id)message valueForKey:@"receivePort"]);
    NSLog(@"sendPort == %@",[(id)message valueForKey:@"sendPort"]);
    NSLog(@"msgid == %@",[(id)message valueForKey:@"msgid"]);
}

@end

PortViewController 代码：

#import "PortViewController.h"
#import <objc/runtime.h>
#import "PortPerson.h"

@interface PortViewController ()<NSMachPortDelegate>

@property (nonatomic, strong) NSPort *myPort;
@property (nonatomic, strong) PortPerson *person;

@end

@implementation PortViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
    // 创建主线程的port，子线程通过此端口发送消息给主线程
    self.myPort = [NSMachPort port];
    // 设置port的代理回调对象
    self.myPort.delegate = self;
    // 把port加入runloop，接收port消息
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:self.myPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    self.person = [[PortPerson alloc] init];
    
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(personLaunchThreadWithPort:)
                             toTarget:self.person
                           withObject:self.myPort];
}

- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message {
    
    NSLog(@"VC Thread --- %@", [NSThread currentThread]);
    
    NSLog(@"从 person 传过来一些信息");
    
    NSArray *messageArr = [(id)message valueForKey:@"components"];
    
    NSString * dataStr = [[NSString alloc] initWithData:messageArr.firstObject encoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    NSLog(@"通过port传过来一些信息：%@", dataStr);

    NSPort *destinPort = [(id)message valueForKey:@"remotePort"];
    
    if(!destinPort || ![destinPort isKindOfClass:[NSPort class]]){
        NSLog(@"传过来的数据有误");
        return;
    }
    
    NSData *data = [@"VC收到!!!" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    NSMutableArray *array  =[[NSMutableArray alloc]initWithArray:@[data,self.myPort]];
    
    // 非常重要,如果你想在Person的port接收信息，必须加入到当前主线程的runloop
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:destinPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    NSLog(@"VC == %@",[NSThread currentThread]);
    
    BOOL success = [destinPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                                        msgid:10010
                                   components:array
                                         from:self.myPort
                                     reserved:0];
    NSLog(@"%d",success);
}

@end

打印结果：

打印结果.jpg

注意！！！

NSPort对象必须添加到要接收消息的线程的Runloop中。
接收消息的对象实现NSPortDelegate协议的-handlePortMessage:方法来获取消息内容。!

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1.线程与进程

1.1 线程的定义

1.2进程

1.3进程与线程的关系

1.4线程与队列的关系

1.5 iOS线程与Runloop的关系

2.多线程

2.1 多线程的定义

2.2多线程的优缺点

2.3 多线程的生命周期

2.4 可调度线程池

2.6 iOS的几种多线程技术方案

3. 线程间的通讯

3.1 几种线程间的通讯方式

4. iOS中使用线程间通讯示例（使用NSPort）

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