OC多线程

作者: iOS小洁 | 来源:发表于2022-12-08 22:14 被阅读0次

iOS多线程方案

技术方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	通用多线程API<br />适用于unix/linux/windows等系统<br />跨平台/可移植<br />使用难度大	C	程序员管理	不用
NSThread	使用更加面向对象<br />简单易用，可直接操作线程对象	OC	程序员管理	偶尔使用<br /> - 线程保活<br /> - 定时器
GCD	旨在替代NSThread<br />充分利用设备多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	基于GCD<br />比GCD多了一些更简单实用的功能<br />使用更加面向对象	OC	自动管理	经常使用

GCD

同步：

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

异步：

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

并发队列：

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueu2", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_global_queue(intptr_t identifier, uintptr_t flags);

全局队列有默认有四个，根据第一个参数identifier可以获取不同的全局队列。flags留作将来使用。传递除0以外的任何值都可能导致返回值为NULL。

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2)
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN

串行队列：

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueu", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_main_queue();

主队列是特殊的串行队列

同步异步任务与并发串行队列

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

主队列是特殊的串行队列

	并发队列	串行队列	主队列
同步 sync	没有开启新线程<br />串行执行任务	没有开启新线程<br />串行执行任务	没有开启新线程\|<br />串行执行任务
异步 async	开启新线程<br />并发执行任务	开启新线程<br />串行执行任务	没有开启新线程<br />串行执行任务

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Group 的使用

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

image-20220609094830991

栅栏函数 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

image-20220609100853125

信号量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

image-20220609101052133

多线程安全

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，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

解决方案：使用线程同步技术，如：加锁

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，从iOS10开始不支持，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>

// 初始化
OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;
// 尝试加锁，需要等待就不加锁，直接返回FALSE，不需要等待就加锁，返回true
bool res = OSSpinLockTry(&lock);
// 加锁
OSSpinLockLock(&lock);
// 解锁
OSSpinLockUnlock(&lock);

os_unfair_lock

os_unfair_lock用于取代不安全的OSSpinLock ，从iOS10开始才支持

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>

// 初始化
os_unfair_lock lock = OS_UNFAIR_LOCK_INIT;
// 尝试加锁
os_unfair_lock_trylock(&lock)
// 加锁
os_unfair_lock_lock(&lock);
// 解锁
os_unfair_lock_unlock(&lock);

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 锁类型

#define PTHREAD_MUTEX_NORMAL 0
#define PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 1
#define PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 2 递归锁
#define PTHREAD_MUTEX_DEFAULT PTHREAD_MUTEX_NORMAL

普通锁

// 初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);

// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);

// 尝试加锁
pthread_mutex_trylock(&mutex);

// 加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
    
// 解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);

// 销毁相关资源
pthread_mutexattr_destroy(&attr);
pthread_mutex_destroy(&mutex);

递归锁

// 初始化属性
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);

// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);

条件锁。等待进入休眠，放开mutex锁；被唤醒后，会再次对mutex加锁

// 初始化锁
pthread_mutex_t mutex;
// NULL代表使用默认属性
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

// 初始化条件
pthread_cond_t cond;
pthread_cond_init(&cond, NULL);

// 等待条件（进入休眠，放开mutex锁；被唤醒后，会再次对mutex加锁）
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

// 激活一个等待该条件的线程
pthread_cond_signal(&cond);

// 激活所有等待该条件的线程
pthread_cond_broadcast(&cond);

// 销毁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);

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

int value = 1;

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(value);

// 信号量值 <= 0，进入休眠等待，知道信号量 > 0
// 信号量 > 0, 就 - 1，然后往下执行后面的代码
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

// 信号量值 + 1
dispatch_semaphore_signal(semaphore);

dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

GCD串行队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lock", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(queue, ^{

});

NSLock

NSLock是对mutex普通锁的封装，面向对象

@protocol NSLocking

- (void)lock;
- (void)unlock;

@end

@interface NSLock : NSObject <NSLocking> {
@private
    void *_priv;
}

- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;

@property (nullable, copy) NSString *name API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

@end

NSRecursiveLock

NSRecursiveLock是对mutex递归锁的封装，API与NSLock基本一致

NSCondition

NSCondition 是对 mutex条件锁的封装

@interface NSCondition : NSObject <NSLocking> {
@private
    void *_priv;
}

- (void)wait;
- (BOOL)waitUntilDate:(NSDate *)limit;
- (void)signal;
- (void)broadcast;

@property (nullable, copy) NSString *name API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

@end

NSConditionLock

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

@interface NSConditionLock : NSObject <NSLocking> {
@private
    void *_priv;
}

- (instancetype)initWithCondition:(NSInteger)condition NS_DESIGNATED_INITIALIZER;

@property (readonly) NSInteger condition;
- (void)lockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)tryLock;
- (BOOL)tryLockWhenCondition:(NSInteger)condition;
- (void)unlockWithCondition:(NSInteger)condition;
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
- (BOOL)lockWhenCondition:(NSInteger)condition beforeDate:(NSDate *)limit;

@property (nullable, copy) NSString *name API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

@end

@synchronized

@synchronized是对mutex递归锁的封装

@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作

@synchronized(obj) { // objc_sync_enter
        
}

线程同步方案对比

性能方面，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

如何选择？

开发方便考虑 GCD信号量，串行线程。

面向对象考虑 NSLock，NSRecursiveLock，NSCondition，NSConditionLock

追求性能考虑 os_unfair_lock

代码简单考虑 @synchronized

自旋锁互斥锁对比

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

atomic

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

iOS读写安全方案

读写安全，需要多读单写。常见的方案有：

pthread_rwlock：读写锁
dispatch_barrier_async：异步栅栏调用

pthread_rwlock

等待的线程会进入休眠

pthread_rwlock_t lock;
// 初始化锁
pthread_rwlock_init(&lock, NULL);

// 读 加锁
pthread_rwlock_rdlock(&lock);

// 读 尝试加锁
pthread_rwlock_tryrdlock(&lock);

// 写 加锁
pthread_rwlock_wrlock(&lock);

// 写 尝试加锁
pthread_rwlock_trywrlock(&lock);

// 解锁
pthread_rwlock_unlock(&lock);

// 销毁
pthread_rwlock_destroy(&_lock);

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

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("rw_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// 读
dispatch_async(queue, ^{
   
});
        
// 写
dispatch_barrier_async(queue, ^{

});

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GCD

同步：

异步：

并发队列：

串行队列：

同步异步任务与并发串行队列

队列组Group 的使用

栅栏函数 dispatch_barrier_async

信号量dispatch_semaphore

多线程安全

OSSpinLock

os_unfair_lock

pthread_mutex

dispatch_semaphore

dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

NSLock

NSRecursiveLock

NSCondition

NSConditionLock

@synchronized

线程同步方案对比

自旋锁互斥锁对比

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iOS读写安全方案

pthread_rwlock

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并发队列：

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信号量dispatch_semaphore

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