Cocoa 多线程总结

个人学习总结笔记。

前置知识

线程

程序执行流的最小单元

线程拥有自己的空间：栈，线程局部储存（Thread Local Storage），寄存器
线程之间共享：全局变量，堆上的数据，函数的静态变量，代码，文件
线程调度中状态：运行，就绪，等待
线程优先级改变方式：
1. 用户指定
2. 等待状态频繁程度
3. 长时间不执行
4. 抢占和不可抢占

多元信号量

锁的一种，计数 N，访问减 1，小于 0 等待

死锁

两个或更多线程阻塞着等待其它处于死锁状态的线程所持有的锁。

产生的四个必要条件

互斥，资源需要等待
请求和保持，请求进程阻塞后不释放自己的资源
不剥夺，无法剥夺他人的资源
环路等待，等待关系形成环

并发

多个任务同时发生，需要被处理

串行与并行

串行：多个任务依次执行

并行：多个任务同时执行

同步与异步

同步：调用者主动等待调用的返回结果

异步：调用者不等待调用的返回结果，调用直接返回，之后被调用者在获得结果后返回结果给调用者

多线程技术

多线程技术使多个 CPU 可以同时工作，同时处理不同线程的指令。给多核处理器带来并行能力。

优点

某个操作可能陷入长时间等待-等待的线程会进入睡眠状态而无法继续执行
某个操作可能会消耗大量时间-程序和用户的交互会中断
程序的逻辑要求并发操作
单线程无法发挥多核计算机全部能力
资源共享效率提高

缺点

创建消耗 CPU 和内存
需注意线程安全，资源竞争

iOS 开发中的多线程技术

基础

iOS 启动时运行的线程是主线程
主线程占用堆栈 1 M
其余线程是 512 KB
需要主线程操作 UIKit，因为 UIKit 操作不是全都是线程安全的

方案

pthread（POSIX threads）

类 Unix 系统中作为操作系统的通用多线程 API

跨平台，可移植
C 语言
使用难

NSThread

面向对象的线程
需要手动管理生命周期，同步，加锁

GCD（Grand Central Dispatch）

block 定义任务，面向过程
C 语言
使用方便

NSOperation+NSOperationQueue

面向对象
指定依赖、取消、暂停恢复、优先级方便
对 GCD 的封装

GCD

CGD=block 块执行任务+队列+执行方式

队列

先进先出（FIFO），先追加的任务先执行

串行队列（等待之前执行完再执行）
并发队列（不需等待之前执行完再执行）
主队列（主线程中的串行队列）

执行方式

同步
异步

主队列操作一定在主线程中，反之不必然

除了主队列外，同步在当前线程中执行，异步在新建线程中执行

API

常用

Dispatch_async/sync：派发同步和异步事件，最常用

Dispatch_after：用于延迟执行，简单定时

Dispatch_get_main_queue/get_global_queue：获取主队列或系统默认的并行队列

Dispatch_queue_create ：新建一个队列

Dispatch_once：只被执行一次+线程安全，常用于实现单例

非常用

Dispatch_queue_set_target_queue：主要用于通过设定目标队列为自建的队列改变为目标队列的优先级，也可指定队列之间的层次，达到自上而下控制队列

Dispatch_group：管理多个队列里事件的执行情况。将队列加入组中，全部结束后追加处理或增加指定时间的任务处理完成情况检测（超时处理）

Dispatch_barrier_async：承上启下，队列里在他之前的执行完成才开始执行他 block 的，在 block 执行之后再开始执行队列里后面的。他执行时只有他自己执行，像一个栅栏一样。分隔开之前完成和之后开始的。

Dispatch_apply：按指定次数追加 block 到对应的队列中

Dispatch_suspen/resume：暂停与恢复

Dispatch I/O：通过 GCD 分割文件读写，提高速度

Dispatch_semaphore：可设置类似多元信号量中的 “0” 为 x，进行排他性控制。在操作前后进行信号计数判断，小于 x 则等待，大于等于则减 a 并开始执行事件，事件执行完毕后加 b（这里的 a，b 相当于任务对信号量的影响）

GCD 中的死锁

//主队列中执行以下代码
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{//操作 B
    …//事件 A
});

这是在一个串行队列（主队列）中执行（往该串行队列派发同步事件 A）的操作 B，会造成死锁（反之不必然不死锁）。

队列先进先出，而串行队列同时执行的任务只有一个。操作 B 需要等待其派发的 block 执行完才算完成，派发的同步事件 A 被追加在队列最后（后进），同步执行需要等待前面执行完才可以执行，而前面的因为操作 B 没执行完，造成相互等待。

举个例子：面试时要排队（队列），一次只能一个人进面试房间（串行队列），前面的面试完出来后面的人才可以进去面试（同步任务）。A 进去房间，面试官说，你的面试内容是叫 B 来面试，并等他面试完成（派发同步任务 Block 在串行队列中）。A 把 B 叫来了，B 来了就排在了队伍最后面，排队等待轮到他，而 A 则在房间里等待 B 面试完。结果就是 A 等待 B 面试完等不到，而 B 则等待前面的人面试完（包括 A 面试完出来）然后轮到他。两人相互等待，过程就进行不下去了。

dispatch_sync(queueA,^{//操作 C
    dispatch_sync(queueB, ^{//操作 B
            dispatch_sync(queueA,^{...});//事件 A
    })
});

在一个串行队列中执行需要等待((往该串行队列派发同步事件 A)的操作 B)的操作 C，会造成死锁。

操作 C 需要等待操作 B，操作 B 需要等待事件 A，事件 A 需要等待操作 C，相互等待。

也就是说，串行队列导致了互斥，block 被持有导致了请求和保持，而又无法剥夺，而这时候代码用法导致事件等待关系形成一个环，从而形成相互等待，满足死锁四个条件。

GCD 的实现原理

深入了解 GCD

GCD 源码

NSOperation

GCD 中 Block 的面向对象封装

标识状态（只读属性）

执行（isExecuted）
完成（isFinished）
取消（isCancelled）

系统子类

NSBlockOperation 和 NSInvocationOperation

默认 start 是同步执行的方式

NSOperationQueue

GCD 队列的面向对象封装

有 Current 和 Main 两个属性可获取当前队列或者主队列

自己生成 NSOperationQueue 是并发队列，会尽可能为每一个 NSOperation 创建线程

MaxConcureentOperationCount

表示最大并发执行 NSOperation 的数量

设为 1 时相当于串行队列
大于 1 为并发队列

NSOpertaionQueue 调用 addOperation 方法放入 NSOperation 对象后相当于异步执行

与 GCD 比较

方便取消，执行前任意取消（GCD 在 iOS 8 后有 dispatch_block_cancel）
设置 Operation 间依赖关系
KVC 观测属性状态
指定优先级
重用 NSOperation 对象

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