浅谈iOS中的多线程-GCD

作者: hallfrita | 来源:发表于2018-10-17 21:54 被阅读0次

基本概念

1、进程与线程的关系？
进程有自己的内存空间，线程是执行进程的单元。所以，一个进程至少有一个线程
2、任务
就是block里面的代码块
3、队列
队列有FIFO的特性，多线程常见的队列分串行队列（serial）和并发队列（concurrent）。我们会往队列里面添加任务，他们的执行时间分别如下图

队列执行时间.jpeg

上图可以看出，遵循了FIFO原则，不管哪种队列，都是先放进的任务先执行。串行队列会等待前一个任务执行完再执行下一个任务，而并发队列则不会等待，只要上一个任务开始执行，不管是否执行完，下一个任务就开始了。

4、同步和异步
异步的特点：不会阻塞当前线程，具备开辟新线程的能力，但不一定每个异步任务都一定会开辟新线程执行
异步的特点：就在当前线程执行，会阻塞当前线程

GCD常用的API

1、同步串行队列

- (void)syncSerial{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"任务1");
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"任务2");
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"任务3");
    });
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是： begin 任务1 任务2 任务3 end
特点：主线程顺序执行

2、异步串行队列

- (void)asyncSerial{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{//block1
        sleep(2);
        NSLog(@"1--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{//block2
        NSLog(@"2--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{//block3
        NSLog(@"3--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是： begin end 1 2 3
特点：开辟了子线程，1 2 3顺序执行

3、异步并发

- (void)asyncConcurrent{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^{//block1
        NSLog(@"1--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{//block2
        NSLog(@"2--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{//block3
        NSLog(@"3--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是： begin end ( 1 2 3 无序)
特点：开辟了多个线程，但顺序不可控。

并发队列的异步任务一定会开辟新线程吗？
不一定

4、同步并发

- (void)syncConcurrent{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_sync(queue, ^{//block1
        NSLog(@"1--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{//block2
        NSLog(@"2--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{//block3
        NSLog(@"3--%@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是： begin end 1 2 3 （和同步串行一样）
特点：当前线程执行

5、同步并发嵌套异步任务

- (void)syncConcurrentasync{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_sync(queue, ^{//block1
        NSLog(@"1");
        dispatch_async(queue, ^{//block2
            NSLog(@"2");
        });
        sleep(1);
        NSLog(@"3");
    });
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是： begin 1 （2 3 顺序不确定） end

6、同步并发嵌套同步任务

- (void)syncConcurrentsync{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_sync(queue, ^{//block1
        NSLog(@"1");
        dispatch_sync(queue, ^{//block2
            sleep(2);
            NSLog(@"2");
        });
        NSLog(@"3");
    });
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是： begin 1 2 3 end
特点：都在主线程，顺序执行（个人感觉没什么意义）

7、同步串行嵌套异步任务

- (void)syncSerialasync{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_sync(queue, ^{//block1
        NSLog(@"1");
        dispatch_async(queue, ^{//block2
            NSLog(@"2");
        });
        sleep(2);
        NSLog(@"3");
    });
    sleep(5);
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是：begin 1 3 2 end
特点：串行队列有两个任务分别是block1 和 block2 ，block1 在主线程，block2 在子线程。串行队列，所以block1 执行完才会执行block2，所以2 在 3之后执行

8、同步串行嵌套同步任务（死锁）

- (void)syncSerialsync{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    // 死锁，block1和block2相互等待
    dispatch_sync(queue, ^{//block1
        NSLog(@"1");
        dispatch_sync(queue, ^{//block2
            NSLog(@"2");
        });
        NSLog(@"3");
    });
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是：begin 1 然后死锁
特点：死锁。因为block1在执行完1之后，在等block2执行，block2又在等block1执行完，所以就造成了死锁。

死锁：两个任务相互等待

9、主队列异步

- (void)main{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t mainq = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(mainq, ^{//block
        NSLog(@"1");
    });
    sleep(2);
    NSLog(@"end");
}

打印顺序是：begin end 1
特点：不开辟新线程，又不阻塞当前线程

主队列中异步：不会开辟新线程,不会阻塞当前线程
主队列中添加的任务需要等主线中的任务执行，再执行

10、主队列同步（死锁）

- (void)main{
    NSLog(@"begin");
    dispatch_queue_t mainq = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(mainq, ^{//block
        NSLog(@"1");
    });
}

打印顺序是：begin 然后死锁了
特点：死锁，因为main在等block执行，block又在等main执行完。

GCD中的高阶函数

开辟子线程是需要占内存和消耗cpu的资源的，main（1M）子线程（512kb）并不是线程越多越好，3-6条
1、dispatch_apply
开辟了子线程，index的打印、index和end的打印时无续的

- (void)apply{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
//    for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
//        dispatch_async(queue, ^{
//            NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
//        });
//    }
    
    // 和上面加一个for循环一样的效果
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"%zd",index);
        });
    });
    NSLog(@"end");
}

2、线程组
1 2 3都执行完才会执行end
group的任务执行完了，dispatch_group_notify才会执行

- (void)group{
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t globalQ = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_group_async(group, globalQ, ^{
        dispatch_async(globalQ, ^{
            NSLog(@"1");;
        });
    });
    dispatch_group_async(group, globalQ, ^{
        dispatch_async(globalQ, ^{
            NSLog(@"2");
        });
    });
    dispatch_group_async(group, globalQ, ^{
        dispatch_async(globalQ, ^{
            NSLog(@"3");
        });
    });
    dispatch_group_notify(group, globalQ, ^{
        NSLog(@"end");
    });
}

3、队列优先级
一般情况下，不建议修改优先级，因为修改优先级也不会有很大的不同，反而会造成很多问题。
全局队列修改优先级，可以直接修改

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0)

其他队列修改优先级，麻烦点，

dispatch_set_target_queue(q3, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0));

4、信号量
控制线程的并发数

dispatch_semaphore_create(1)，这里为1时，就可以当锁用。

- (void)semaphore{
//    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
//        for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
//            dispatch_async(queue, ^{
//                NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
//            });
//        }
    
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(2);
    dispatch_apply(10, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index) {
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"%zd",index);
        sleep(1);
        NSLog(@"%zd ok",index);
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
}

常见用法是：dispatch_semaphore_create(0)，当这里的0变为小于0，就取消等待了，如下

        dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
        __block AVAsset *avAsset = nil;
        [[PHImageManager defaultManager] requestAVAssetForVideo:asset options:nil resultHandler:^(AVAsset * _Nullable aVasset, AVAudioMix * _Nullable audioMix, NSDictionary * _Nullable info) {
            AVURLAsset *urlAsset = (AVURLAsset *)aVasset;
            avAsset = urlAsset;
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        }];
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

5、栅栏函数（可以用来实现NSOperation中的依赖）

dispatch_barrier_async的queue不能是dispatch_get_global_queue(0, 0)，只能是自己create的，不然dispatch_barrier_async就没用了

可以保证 dispatch_barrier_async 前面的任务在barrier前面执行，后面的任务在barrier后面执行。

- (void)barrier{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(NULL, DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^{
        sleep(2);
        NSLog(@"1");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
    });
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"barrier");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        sleep(2);
        NSLog(@"3");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"4");
    });
}

线程安全问题

1、何为线程安全，就是读取内存数据，结果是可预见的，那就是线程安全的

如何解决线程安全问题？
加锁。iOS开发常用的锁有：用信号量、NSLock、@synchronized

2、有哪些锁？
如图

lock.jpeg

synchronized锁的用法：

- (void)lock{
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        @synchronized(self){
            NSLog(@"1");
            sleep(2);
            NSLog(@"1 ok");
        }
        
    });
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        @synchronized(self){
            NSLog(@"2");
            sleep(2);
            NSLog(@"2 ok");
        }
    });
}

3、atomic：原子特性，set/get线程安全

为什么开发中不使用atomic？
1、并不是真正意义的线程安全
2、UIKit的类就不用atomic，因为这个框架里的属性都在主线程执行，本身就是线程安全的
3、耗性能

为了剖析原理，我们来分析两个demo
示例1：

@property (nonatomic, strong) NSString *target;
- (void)test{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(NULL, DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            self.target = [NSString stringWithFormat:@"hello-%d",i];
        });
    }
}

执行这个方法会报EXC_BAD_ACCESS错误（向一个已释放的对象发送消息）。因为，target是非原子性的，改为atomic就没事。
虽然我们现在是ARC，其实在调用target的setter方法时，会做一次release和retain，因为该任务异步的，所以某些时候release都执行两次了。

- (void)setTarget:(NSString *)target{
 if (_target != target) {
     [_target release];
     [target retain];
     _target = target;
    }
 }

你以为atomic就一定安全吗？请看示例2

@property (atomic, assign) int number;
- (void)test2{
    _number = 0;
    dispatch_apply(10000, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index) {
        self.number++;
    });
    NSLog(@"total = = %d",self.number);
}

理想状态会答应1000，其实不然。不信试试？

number++ 相当于做了下面操作，所以并不安全
int temp = number + 1
num = temp

那我们加个锁试试

- (void)test2{
    _number = 0;
    NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
    dispatch_apply(10000, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index) {
        [lock lock];
        self.number++;
        [lock unlock];
    });
    NSLog(@"total = = %d",self.number);
}

对啦，1000打印出来了。

所以，atomic针对简单的set/get是安全的，遇到复合操作就不是安全的了。

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基本概念

GCD常用的API

GCD中的高阶函数

线程安全问题

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