iOS 底层探索：多线程基础

iOS 底层探索： 学习大纲 OC篇

前言

• 这篇开始探索多线程的底层原理，这篇主要介绍多线程的基础知识概念。
• 内容参考： 内存五大区 & 多线程

一 、多线程基础

官方文档

1.线程和进程的定义

线程：

1.线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务都在线程中执行;

2. 进程想要执行任务，必须得有线程，进程至少要有一条线程；
3. 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。

进程：

1. 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序;
2. 每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内;
3. 通过活动监视器可以查看Mac系统中所开启的线程。

2. 线程与进程的关系

地址空间：同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内的资源（如内存、I/O、cpu等），但进程之间资源是相互独立的。

1. 进程崩溃后，保护模式下不会对其他进程产生影响，但一个线程崩溃会导致整个进程都死掉。所以多进程比多线程健壮。

2. 进程切换时，消耗的资源大。涉及频繁切换时，使用线程要好过于进程。同样要求同时进行且共享某些变量的并发操作时，只能用线程不能用进程。

3. 执行过程：每个独立的进程都有一个程序运行入口和顺序执行序列。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

4. 线程是处理器调度的基本单位，但进程不是。

5. 线程没有地址空间，线程包含在进程地址空间中。

3. 使用多线程优缺点

优点：
适当提高执行效率
适当提高资源的利用率(CPU、内存等)
线程上的任务执行完后，线程会自动销毁

缺点：
开启线程需要占用一定的内存空间(参照下面 第5点 线程成本 )
开启大量线程，会占用大量内存空间，降低程序性能
线程越多，CPU在调度线程上的开销越大
程序设计更加复杂（如线程间的通讯，多线程的数据共享等）

4. 时间片

时间片的概念： CPU在多个任务之间进行快速切换，这个时间间隔就是时间片。

• 单核CPU同一时间，CPU只能处理1个线程

• 多线程同时执行：
  理论上，只要CPU在多个线程切换的足够快（时间片足够小），就可以做出"同时执行"的假象。
  （但实际上，一个CPU单次只对一个线程进行调度。所以多线程同步需要多个CPU的处理器（多核）才可以做到。）

• 如果线程数非常多，CPU在多个线程之间切换，会消耗大量CPU资源。

• 每个线程被调度的次数会降低，线程的执行效率会降低

5. 线程成本

• 内核数据结构： 1KB
• 堆空间：iOS主线程：1MB，OSX主线程：8MB、其他辅助线程：512KB
• 创建时间：平均90微妙

6. 多线程技术方案
   

   
   不详细介绍了，比较基础的资料太多，以后继续详细补充。

7. 线程生命周期
   

   

• 1. 新建： new新建线程后，调用start后，并不会立即执行，而是进入就绪状态，等待CPU的调度。
• 2. 运行： CPU调度当前线程，进入运行状态，开始执行任务。
     如果当前线程还在运行中，CPU从可调度池中调用其他线程，来执行此任务。
• 3. 阻塞： 运行中的任务，被调用sleep/等待同步锁时，会进入阻塞状态。所有线程都停止，等待sleep结束/获取同步锁，才会回到就绪状态。
• 4. 死亡： 运行中的任务，在任务执行完或被强制退出时，线程自动进入Dead销毁。

线程池调度:

饱和策略:

二 、 互斥锁与自旋锁

• 互斥锁：

1. 保证锁内代码，同一时间，只有一条线程能够执行；
2. 互斥锁的锁定范围，应该尽量小，锁定范围越大，效率越差

• 互斥锁参数：

1. 能够加锁的任意NSObject对象
2. 锁对象要保证所有线程都能够访问
3. 如果代码只有一个地方需要加锁，大多都使用self，这样可以避免单独再创建一个锁对象

• 自旋锁：
  耗性能，循环轮循是否可执行。自旋锁内容应尽可能小，保障尽快完成锁内任务。

互斥锁与自旋锁的区别：

互斥锁是被动等待代码触发，再上锁。自旋锁是主动轮循请求资源。所以自旋锁更消耗资源。

• 要求立即执行，任务资源较小(执行耗时短)时，可选择自旋锁。
• 被动触发，任务资源较大(执行耗时长)时，选择互斥锁。

三 、atomic与nonatomic的区别

nonatomic： 非原子属性。非线程安全，适合内存小的移动设备。

atomic原子属性。线程安全，需要消耗大量的资源。是默认值。
atomic是针对多线程设计的，本身有自旋锁， 实现单写多读：单个线程写入，多个线程可以读取。

iOS官方建议：
所有属性都声明为nonatomic，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**

四 、 线程与RunLoop

1 . RunLoop与线程是一一对应的，一个runloop对应一个核心的线程。

为什么说是核心的，是因为runloop是可以嵌套的，但是核心的只能有一个，他们的关系保存在一个全局字典里。

2 .Runloop是来管理线程的，当线程的runloop被开启后，线程会在执行完任务后进入休眠状态，有任务就会被唤醒去执行任务。

3 .Runloop在第一次获取时被创建，在线程结束时被销毁。

4 . 对于主线程来说，runloop在程序一启动就默认创建好了。

5 . 对于子线程来说，runloop是懒加载的，只有当我们使用时才会创建，所以在子线程用定时器要注意：确保子线程的runloop被创建，不然定时器不会回调。