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OS X 和iOS 中的多线程技术(上)

时间:2017-06-20 00:13:24      阅读:51      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:wax   float   roi   tsv   cron   csp   线程的状态   drl   elb   

OS X 和iOS 中的多线程技术(上)

本文梳理了OS X 和iOS 系统中提供的多线程技术。并且对这些技术的使用给出了一些实用的建议。

多线程的目的:通过并发执行提高 CPU 的使用效率,进而提供程序运行效率。

1.线程和进程

进程

  • 什么是进程

    • 进程是指在计算机系统中正在运行的一个应用程序
    • 每个进程之间是独立的,每个进程均运行中其专用且受保护的内存空间内
  • 比如同时打开 Xcode 、Safari ,系统就会分别启动两个进程

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  • 通过活动监视器可以查看Mac系统中所开启的进程

线程

  • 什么是线程
    • 一个进程要想执行任务,必须得有线程(每个线程至少有一条线程,即主线程
    • 一个进程的所有任务都做线程中执行
  • 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

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线程的执行方式

  • 一个线程中的任务的执行是串行
    • 如果要在一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
    • 同一时间内,一个线程只能执行一个任务
  • 线程是进程中的一条执行路径,它内部任务是串行执行的

多线程

  • 什么是多线程
    • 一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
    • 进程好比车间,线程好比车间工人
    • 多线程技术可以提高程序的执行效率
  • 如同时开启3条线程分别下载3个文件

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  • 多线程的原理
    • 同一时间,CPU只能处理1条线程,只有1条线程在工作(执行)
    • 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)
    • 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

思考:如果线程非常非常多,会发生什么情况?

CPU会在N多线程之间调度,CPU会累死,消耗大量的CPU资源
每条线程被调度执行的频次会降低(线程的执行效率降低)

多线程的优缺点

  • 多线程的优点

    • 能适当提高程序的执行效率
    • 能适当提高资源利用率(CPU、内存利用率)
  • 多线程的缺点

    • 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
    • 如果开启大量的线程,会降低程序的性能
    • 线程越多,CPU在调度线程上的开销就越大
    • 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

2 多线程在iOS开发中的应用

  • 什么是主线程

    • 一个iOS程序运行后,默认会开启1条线程,称为“主线程”“UI线程”
  • 主线程的主要作用

    • 显示\刷新UI界面
    • 处理UI事件(比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等)
  • 主线程的使用注意

    • 别将比较耗时的操作放到主线程中
    • 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

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3. pthread 创建线程的简单使用

#import <pthread.h>  // 引入对应头文件

// 子线程调用的方法
void * run(void *param)
{
    for (NSInteger i = 0; i<50000; i++) {
        NSLog(@"------buttonClick---%zd--%@", i, [NSThread currentThread]);
    }
    return NULL;
}

// 使用pthread 创建子线程并执行
- (IBAction)buttonClick:(id)sender {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
    
    pthread_t thread2;
    pthread_create(&thread2, NULL, run, NULL);
}

4 NSThread

4.1 一个NSThread对象就代表一条线程

  • 创建、启动线程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];
  • 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
  • 获得当前线程
NSThread *current = [NSThread currentThread];
  • 线程的名字
- (void)setName:(NSString *)name;
- (NSString *)name;

4.2 其他创建线程的方式

  • 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];

上述2种创建线程方式的优缺点

  • 优点:简单快捷
  • 缺点:无法对线程进行更详细的设置

4.3 线程的状态

当一个线程被创建之后一共有 新建、就绪、运行、阻塞、死亡等几种状态。

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当系统新创建一个子线程会将该线程放入到可调度线程池中,此时处于就绪状态,当系统调度它执行任务的时候,它就处于一个运行状态,如果该线程代用了sleep或加锁之后,他就处于线程阻塞状态,此时线程会被移出可调度线程池,当sleep到时或者得到同步锁,线程又会解除阻塞状态回到就绪状态。当线程执行完任务之后被系统退出或者发生异常退出,就进入死亡状态。进入死亡状态就不能再次开启任务

  • 启动线程
(void)start; 
// 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
  • 阻塞(暂停)线程
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
+ // 进入阻塞状态
  • 强制停止线程
+ (void)exit;
// 进入死亡状态

5 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

安全隐患实例 -- 存取钱 && 卖票

同一个账户,多线程同时操作

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如图,多个线程同时操作一个数据,导致 A 线程读到数据尚未修改完成之前,另一个线程 B 也同时读到了数据,当 B 要修改的时候,A 已经把原来的数据修改了,B 修改的数据依旧是之前的数据。这样就导致了多线程操作同一个数据的数据混乱。

安全隐患分析图示如下

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安全隐患的解决

解决多线程的安全隐患,就加一个互斥锁,当一个线程访问并操作数据的时候,锁住对应数据,防止其他线程访问,当该线程访问数据并操作完,放开互斥锁,其他线程再进行访问。

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  • 互斥锁使用格式
@synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码  }

注意:锁定1份代码只用1把锁,用多把锁是无效的

  • 互斥锁的优缺点

    • 优点:能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题
    • 缺点:需要消耗大量的CPU资源
  • 互斥锁的使用前提:多条线程抢夺同一块资源

  • 相关专业术语:线程同步
    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)
    互斥锁,就是使用了线程同步技术

6 原子和非原子属性

  • OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择

    • atomic:原子属性,为setter方法加锁(默认就是atomic)
    • nonatomic:非原子属性,不会为setter方法加锁
  • nonatomic和atomic对比

    • atomic:线程安全,需要消耗大量的资源
    • nonatomic:非线程安全,适合内存小的移动设备

iOS开发的建议

  • 所有属性都声明为nonatomic
  • 尽量避免多线程抢夺同一块资源
  • 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

7 线程间通信

  • 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

  • 线程间通信的体现
    1个线程传递数据给另1个线程
    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

  • 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;
  • 线程间通信实例-图片下载

主线程需要展示图片,图片下载比较耗时,就放到子线程去操作。当子线程图片下载完成后,回到主线程进行图片赋值并展示。

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小结

本篇文章主要讲解了多线程的一些基础知识和 pthread 和 NSTread 两种多线程方案。接下来会在下一篇文章中介绍 GCD 和 NSOpreation 的使用。

OS X 和iOS 中的多线程技术(上)

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