2016 January 25 多线程

多线程篇一:多线程基础

线程和进程

  1. 什么是进程
    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且受保护的内存空间内
    3. 比如同时打开迅雷、Xcode，系统就会分别启动2个进程
    4. 通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程
  2. 什么是线程
    1. 1个进程（应用程序）要想执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1条线程）
    2. 一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行
    3. 比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影，都需要在线程中执行

多线程

  1. 线程的串行
    1. 1个线程中任务的执行是串行的
      1. 如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务
      2. 也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务
      3. 因此，也可以认为线程是进程中的1条执行路径
    2. 比如在1个线程中下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C）
  2. 什么是多线程
    1. 1个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务
    2. 进程<=>车间，线程<=>车间工人
    3. 多线程技术可以提高程序的执行效率
    4. 比如同时开启3条线程分别下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C）
  3. 多线程的原理
    1. 同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）
    2. 多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）
    3. 如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象
    4. 思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？
      1. CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源
      2. 每条线程被调度执行的频次会降低（线程的执行效率降低）
  4. 多线程的优缺点
    1. 多线程的优点
      1. 能适当提高程序的执行效率
      2. 能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）
    2. 多线程的缺点
      1. 创建线程是有开销的，iOS下主要成本包括：内核数据结构（大约1KB）、栈空间（子线程512KB、主线程1MB，也可以使用-setStackSize:设置，但必须是4K的倍数，而且最小是16K），创建线程大约需要90毫秒的创建时间
      2. 如果开启大量的线程，会降低程序的性能
      3. 线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大
      4. 程序设计更加复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享

多线程在iOS开发中的应用

  1. 什么是主线程
    1. 一个iOS程序运行后，默认会开启1条线程，称为“主线程”或“UI线程”
  2. 主线程的主要作用
    1. 显示\刷新UI界面
    2. 处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）
  3. 主线程的使用注意
    1. 别将比较耗时的操作放到主线程中
    2. 耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，给用户一种“卡”的坏体验

iOS中多线程的实现方案

技术方案            简介                          语言      线程生命周期    使用频率

              1. 一套通用的多线程API
pthread       2. 适用于Unix\Linux\Windows等系统    C        程序员管理     几乎不用
              3. 跨平台\可移植
              4. 使用难度大
              
NSThread      1. 使用更加面向对象                  OC        程序员管理     偶尔使用
              2.简单易用，可直接操作线程对象       
              
GCD           1.旨在替代NSThread等线程技术          C        自动管理       经常使用
              2.充分利用设备的多核
              
              1.基于GCD（底层是GCD）
NSOperation   2.比GCD多了一些更简单实用的功能        OC        自动管理      经常使用
              3.使用更加面向对象

NSThread

  1. 一个NSThread对象就代表一条线程

创建和启动线程

  1. 创建和启动线程

     NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
 // 线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法
 [thread start];

  2. 主线程相关用法

     + (NSThread *)mainThread; // 获得主线程
 - (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
 + (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程

  3. 其他用法

     //获得当前线程
 NSThread *current = [NSThread currentThread];
 //线程的名字
 - (void)setName:(NSString *)n;
 - (NSString *)name;

  4. 其他创建线程方式

     //创建线程后自动启动线程
 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
 //隐式创建并启动线程
 [self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
    1. 上述2种创建线程方式的优缺点
      1. 优点：简单快捷
      2. 缺点：无法对线程进行更详细的设置

线程的状态

  1. 线程7种状态的相互转换（其他语言，但比较全面，不是iOS）

    图1

    1. 执行new方法，在内存中会开辟一块空间存放线程对象，线程就进入了初始状态；
    2. 当该对象调用了start()方法，就会将该线程对象放入到可调度线程池中，就进入可运行状态runnable；
    3. 进入可运行状态后，当该对象被操作系统选中，获得CPU时间片就会进入运行状态；
    4. 进入运行状态后情况就比较复杂了
      1. run()方法或main()方法结束后，线程就进入终止状态；
      2. 当线程调用了自身的sleep()方法或其他线程的join()方法，就会进入阻塞状态（该状态既停止当前线程，但并不释放所占有的资源）。当sleep()结束或join()结束后，该线程进入可运行状态，继续等待OS分配时间片；
      3. 线程调用了yield()方法，意思是放弃当前获得的CPU时间片，或者当前的CPU时间片用完，回到可运行状态，这时与其他进程处于同等竞争状态，OS有可能会接着又让这个进程进入运行状态；
      4. 当线程刚进入可运行状态（注意，还没运行），发现将要调用的资源被synchroniza（同步），获取不到锁标记，将会立即进入锁池状态，等待获取锁标记（这时的锁池里也许已经有了其他线程在等待获取锁标记，这时它们处于队列状态，既先到先得），一旦线程获得锁标记后，就转入可运行状态，等待OS分配CPU时间片；
      5. 当线程调用wait()方法后会进入等待队列（进入这个状态会释放所占有的所有资源，与阻塞状态不同），进入这个状态后，是不能自动唤醒的，必须依靠其他线程调用notify()或notifyAll()方法才能被唤醒（由于notify()只是唤醒一个线程，但我们由不能确定具体唤醒的是哪一个线程，也许我们需要唤醒的线程不能够被唤醒，因此在实际使用时，一般都用notifyAll()方法，唤醒有所线程），线程被唤醒后会进入锁池，等待获取锁标记。

  2. 控制线程状态

    //启动线程
//进入就绪状态 -> 运行状态。当线程任务执行完毕，自动进入死亡状态
- (void)start; 
//阻塞（暂停）线程,进入阻塞状态
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
//强制停止线程,进入死亡状态
+ (void)exit;

    注意：一旦线程停止（死亡）了，就不能再次开启任务

CPU的时间是按时间片分的，而不是一个时间点，并发问题是由于CPU线程切换导致的。

if(i == 1) {
    i++;　　//断点1
    system.out.print(i);       
}　//断点2
  1. 有两个线程A，B同时执行这一段代码，假设A线程先被CPU调度，然而A线程在断点1处，时间片到期了，此时A线程的代码并没有执行完，但是CPU此时会调度B线程，并不会管A线程是不是执行完了这一段代码。
  2. 再接着假设B线程现在执行完了这一段代码(当然也可能没有执行完)，CPU 现在就又会调度A线程，并且从A线程的断点1处继续执行(注意不是重新执行，CPU切换的时候保存了线程的上下文)
  3. 总结：CPU切换线程并不会管你线程是否将代码执行完，而是和分给线程的时间片是否到期有关，时间片到期了就会切换线程，并发也就由此产生了。

代码举例

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
}

- (void)run{
    for (NSInteger i = 0; i<100; i++) {
        NSLog(@"-----%zd", i);
        
        if (i == 49) {
            [NSThread exit]; // 直接退出当前线程
//            直接退出当前应用程序
//            exit(<#int#>)
        }
    }
}

- (void)run2{
    NSLog(@"-------");
//    [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 让线程睡眠2秒（阻塞2秒）
//    [NSThread sleepUntilDate:[NSDate distantFuture]];
    [NSThread sleepUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:2]];
    NSLog(@"-------");
}

多线程的安全隐患

  1. 资源共享
    1. 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
    2. 比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件
    3. l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
  2. 安全隐患解决 – 互斥锁
    1. 当A线程访问时，锁住，不允许其他线程访问，当A线程访问完毕，开锁。其他线程访问，同样加锁开锁。

    2. 互斥锁使用格式

       //锁对象：通常为控制器。特点：该对象整个程序中不死
 @synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码  }
      1. 注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的
    3. 互斥锁的优缺点
      1. 优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题
      2. 缺点：需要消耗大量的CPU资源
    4. 互斥锁的使用前提：多条线程抢夺同一块资源
    5. 相关专业术语：线程同步
      1. 线程同步的意思是：多条线程在同一条线上执行（按顺序地执行任务）
      2. 互斥锁，就是使用了线程同步技术

原子和非原子属性

  1. nonatomic与atomic
    1. OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择
    2. atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）
    3. nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁
  2. 原子和非原子属性的选择
    1. atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
    2. nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备
  3. iOS开发的建议
    1. 所有属性都声明为nonatomic
    2. 尽量避免多线程抢夺同一块资源
    3. 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
  4. 注意！！！
    1. atomic是为setter方法加锁，只能说明使用set方法给对象成员变量赋值是安全的。
    2. 如果使用KVC给对象成员变量赋值，那么仍然会出现多线程问题。
    3. 因此atomic并不能保证成员变量的访问安全，只能保证通过set方法访问成员变量安全

线程间通信

  1. 什么叫做线程间通信：在1个进程中，线程往往不是孤立存在的，多个线程之间需要经常进行通信
  2. 线程间通信的体现
    1. 1个线程传递数据给另1个线程
    2. 在1个线程中执行完特定任务后，转到另1个线程继续执行任务

  3. 线程间通信常用方法

     - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
 - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

使用举例

  1. 场景：通过子线程下载图片，下载完成之后回到主线程刷新UI

     - (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
     //开启
     [self performSelectorInBackground:@selector(download3) withObject:nil];
 }
    
 - (void)download3{
     // 图片的网络路径
     NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://img.pconline.com.cn/images/photoblog/9/9/8/1/9981681/200910/11/1255259355826.jpg"];
        
     // 加载图片，根据图片的网络路径去下载图片数据
     NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        
     // 生成图片
     UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
        
     // 回到主线程，显示图片
     //注意：这里是调用self.imageView的setImage:方法设置图片，比较巧妙！！！
     [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) onThread:[NSThread mainThread] withObject:image waitUntilDone:NO];
 //    [self.imageView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:NO];
 //    [self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
 }
    
 //- (void)showImage:(UIImage *)image{
 //  self.imageView.image = image;
 //}

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