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iOS-多线程

iOS-多线程

作者: e297b14c9e53 | 来源:发表于2020-03-13 13:21 被阅读0次

面试题

  • 你理解的多线程?
  • iOS的多线程方案有哪几种?你更倾向于哪一种?
  • 你在项目中用过 GCD 吗?
  • GCD 的队列类型
  • 说一下 OperationQueue 和 GCD 的区别,以及各自的优势
  • 线程安全的处理手段有哪些?
  • OC你了解的锁有哪些?在你回答基础上进行二次提问;
    • 追问一:自旋和互斥对比?
    • 追问二:使用以上锁需要注意哪些?
    • 追问三:用C/OC/C++,任选其一,实现自旋或互斥?口述即可!
  • 请问下面代码的打印结果是什么?


    • 打印结果是:1、3
    • 原因
      • performSelector:withObject:afterDelay:的本质是往Runloop中添加定时器
      • 子线程默认没有启动Runloop
  • 请问下面代码的打印结果是什么?


方案

iOS中的常见多线程方案
GCD的常用函数
  • GCD中有2个用来执行任务的函数
    • 用同步的方式执行任务dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
      • queue:队列
      • block:任务
    • 用异步的方式执行任务dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
  • GCD源码:https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch
GCD的队列

GCD的队列可以分为2大类型

  • 并发队列(Concurrent Dispatch Queue)
    • 可以让多个任务并发(同时)执行(自动开启多个线程同时执行任务)
    • 并发功能只有在异步(dispatch_async)函数下才有效
  • 串行队列(Serial Dispatch Queue)
    • 让任务一个接着一个地执行(一个任务执行完毕后,再执行下一个任务)
容易混淆的术语

有4个术语比较容易混淆:同步、异步、并发、串行

  • 同步和异步主要影响:能不能开启新的线程
    • 同步:在当前线程中执行任务,不具备开启新线程的能力
    • 异步:在新的线程中执行任务,具备开启新线程的能力
  • 并发和串行主要影响:任务的执行方式
    • 并发:多个任务并发(同时)执行
    • 串行:一个任务执行完毕后,再执行下一个任务
各种队列的执行效果

使用sync函数往当前串行队列中添加任务,会卡住当前的串行队列(产生死锁)




队列组

队列组的使用

思考:如何用gcd实现以下功能

  • 异步并发执行任务1、任务2
  • 等任务1、任务2都执行完毕后,再回到主线程执行任务3


多线程的安全隐患
  • 资源共享
    • 1块资源可能会被多个线程共享,也就是多个线程可能会访问同一块资源
    • 比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件
  • 当多个线程访问同一块资源时,很容易引发数据错乱和数据安全问题
多线程安全隐患示例01 – 存钱取钱
多线程安全隐患示例02 – 卖票
多线程安全隐患分析
多线程安全隐患的解决方案

解决方案:使用线程同步技术(同步,就是协同步调,按预定的先后次序进行)
常见的线程同步技术是:加锁


线程同步方案

iOS中的线程同步方案

OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

GNUstep

GNUstep是GNU计划的项目之一,它将Cocoa的OC库重新开源实现了一遍
源码地址:http://www.gnustep.org/resources/downloads.php
虽然GNUstep不是苹果官方源码,但还是具有一定的参考价值

OSSpinLock

OSSpinLock叫做”自旋锁”,等待锁的线程会处于忙等(busy-wait)状态,一直占用着CPU资源
目前已经不再安全,可能会出现优先级反转问题
如果等待锁的线程优先级较高,它会一直占用着CPU资源,优先级低的线程就无法释放锁

需要导入头文件#import <libkern/OSAtomic.h>


os_unfair_lock

os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ,从iOS10开始才支持
从底层调用看,等待os_unfair_lock锁的线程会处于休眠状态,并非忙等
需要导入头文件#import <os/lock.h>


pthread_mutex

mutex叫做”互斥锁”,等待锁的线程会处于休眠状态
需要导入头文件#import <pthread.h>



pthread_mutex – 递归锁
pthread_mutex – 条件
NSLock、NSRecursiveLock
  • NSLock是对mutex普通锁的封装


  • NSRecursiveLock也是对mutex递归锁的封装,API跟NSLock基本一致
NSCondition

NSCondition是对mutex和cond的封装


NSConditionLock

NSConditionLock是对NSCondition的进一步封装,可以设置具体的条件值


dispatch_semaphore

semaphore叫做”信号量”
信号量的初始值,可以用来控制线程并发访问的最大数量
信号量的初始值为1,代表同时只允许1条线程访问资源,保证线程同步


dispatch_queue

直接使用GCD的串行队列,也是可以实现线程同步的


@synchronized

@synchronized是对mutex递归锁的封装
源码查看:objc4中的objc-sync.mm文件
@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁,然后进行加锁、解锁操作


iOS线程同步方案性能比较

性能从高到低排序

  • os_unfair_lock
  • OSSpinLock
  • dispatch_semaphore
  • pthread_mutex
  • dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
  • NSLock
  • NSCondition
  • pthread_mutex(recursive)
  • NSRecursiveLock
  • NSConditionLock
  • @synchronized
自旋锁、互斥锁比较

什么情况使用自旋锁比较划算?

  • 预计线程等待锁的时间很短
  • 加锁的代码(临界区)经常被调用,但竞争情况很少发生
  • CPU资源不紧张
  • 多核处理器

什么情况使用互斥锁比较划算?

  • 预计线程等待锁的时间较长
  • 单核处理器
  • 临界区有IO操作
  • 临界区代码复杂或者循环量大
  • 临界区竞争非常激烈

automic

atomic用于保证属性setter、getter的原子性操作,相当于在getter和setter内部加了线程同步的锁
可以参考源码objc4的objc-accessors.mm
它并不能保证使用属性的过程是线程安全的

读写安全

iOS中的读写安全方案

思考如何实现以下场景

  • 同一时间,只能有1个线程进行写的操作
  • 同一时间,允许有多个线程进行读的操作
  • 同一时间,不允许既有写的操作,又有读的操作

上面的场景就是典型的“多读单写”,经常用于文件等数据的读写操作,iOS中的实现方案有

  • pthread_rwlock:读写锁
  • dispatch_barrier_async:异步栅栏调用
pthread_rwlock

等待锁的线程会进入休眠


dispatch_barrier_async

这个函数传入的并发队列必须是自己通过dispatch_queue_cretate创建的
如果传入的是一个串行或是一个全局的并发队列,那这个函数便等同于dispatch_async函数的效果


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