【OC梳理】多线程了解一下

进程与线程

在iOS操作系统中,每个App启动后会创建自己的一个（或多个）进程，如下图：

• 蓝色的范围表示App的进程，拥有独立且受保护的内存空间，用来存放程序正文和数据以及其打开的文件、子进程、即将发生的报警、信号处理程序、账号信息等。
• 橙色部分表示进程中创建的线程，线程只拥有程序计数器、寄存器、堆栈等少量资源，但与其他线程共享该进程的整个内存空间。因此线程切换速度比进程快 10 到 100 倍。

并发与并行

• 并发，指的是多个任务同时派发执行，在逻辑上达到多个任务同时执行的效果。
• 并行，指的是物理上的同时执行。只有通过多核CPU实现并发时，才属于并行；单核CPU实现并发时，其实只是通过时间片轮转实现了多任务同时执行的效果，并不属于并行。

CPU核心数与多线程效率

• 对于CPU密集型（计算密集型）的进程来说，因为线程上下文的频繁切换会增大CPU的开销，比较理想的方案是：

线程数 ∈ [CPU内核线程数+1 ,CPU内核线程数*2]

• 对于IO密集型的进程来说，线程多处于等待状态，可以多设置一些线程数量，让等待I/O的时间内，线程可以做其他事情，提高并发处理的效率。考虑到线程切换的开销，比较理想的方案是：

线程数 = CPU内核线程数/(1-阻塞系数)
///这个 阻塞系数 一般为0.8~0.9之间，也可以取0.8或者0.9

以上公式并不绝对，应当根据业务需求适当调整，提高CPU利用率并减少切换线程的开销。
另：随着技术的发展，CPU的并发处理速度也在增强，可以酌情增加一些线程数量。

多线程的使用

在实际开发中，可以定义一个线程管理器，通过CPU核心数来动态分配线程数量，调用时，根据CPU密集型和I/O密集型区分来创建线程，提高CPU利用率，同时减少线程切换的开销。
YYKit中的YYDispatchQueuePool就是一个很好的实践。

iOS中多线程的实现方案

• Pthreads

Pthreads 定义了 C 语言的接口，拥有超过 100 个 API 用来创建和管理线程，这些 API 全都以 pthread_ 作为前缀。iOS 中 CFRunLoop 就是基于 Pthreads 来管理的。

优点：拥有极强的可移植性。UNIX、Linux、Android、iOS、MacOS、Windows 等现在的主流操作系统都提供对 Pthreads 的支持。
缺点：由于使用难度较大，几乎不直接使用。

具体使用参考文档：
Pthread使用总结
详细的介绍文章（英文）

• NSThread

NSThread是苹果对 Pthreads 进行的面向对象的封装（或者说用到了Pthread）。NSThread 对象被创建时并不代表一个真正的线程也随之创建，只要当我们调用 NSThread 的 star 方法时才会创建真正的线程。

优点：相比pthread更加面向对象，简单易用，可以自己管理线程的生命周期。我们可以自己设计线程池，自己派发任务。
缺点：虽然看起来更加灵活，但GCD、NSOpreation已经能满足大多数系统的需求，因此使用频率也不是很高。

具体使用参考文档：
NSThread
iOS多线程实现方案之 -- NSThread

• GCD(Grand Central Dispatch)

GCD本身是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案。
GCD在工作时会自动利用更多的处理器核心，以充分利用更强大的机器。
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)。
GCD 使用队列来派发任务（block），队列分为串行队列和并发队列，任务的派发方式分为同步派发和异步派发。

优点：
GCD在工作时会自动利用更多的处理器核心，以充分利用更强大的机器。
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)。
使用 GCD 可以减轻开发者处理并发问题的负担，减少类似于死锁之类的潜在错误，而且能够自动地随着逻辑处理器的个数而扩展。
缺点：
由于引入了派发方式和队列性质两个概念，带来了理解上的复杂性（熟练使用后也就不成问题了）。

ps:

使用GCD 替代 performSelector 系列方法

使用Block+GCD可以克服performSelector 系列方法的参数限制和返回值的获取问题:

dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0*NSEC_PER_SEC));
dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
    [self cake];
});

使用dispatch_once实现线程安全单一执行要求

线程安全单一执行典型例子是单例，GCD 的 dispatch_once 能够保证传入的 block 被线程安全地唯一执行：

+ (id)sharedInstance {
  static Demo *sharedInstance =nil;
  static dispatch_once_t onceToken =@"token";
  dispatch_once(&onceToken, ^{
    sharedInstance = [[self alloc] init];
  });
  return sharedInstance;
}

具体使用参考文档：
iOS多线程实现方案之 -- GCD
iOS中超级超级详细介绍GCD

• NSOperation

NSOperation 对 GCD 的 API 进行了面向对象的封装，GCD 中的任务对应 NSOpertion 对象，GCD 中的队列则对应 NSOpertionQueue 对象。
NSOpertion 和 NSOpertionQueue 还提供判断执行状态、取消任务、控制线程数量等更多任务管理的 API。
NSOperation 是一个抽象类，我们应该使用具体的子类 NSBlockOperation 或 NSInvocationOperation 来创建 Operation。

优点：相比GCD，多了一些更简单实用的功能，使用更加面向对象，能进行更细致的控制。

参考文档：
iOS 并发编程之 Operation Queues
NSOperation（官方文档，英文）
iOS中的多线程技术