多线程及其相关概念

字面意思：多线程，多个线程

相关名词介绍

进程

• 什么是进程？

进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。

e.g.:比如同时打开微信和QQ，系统就会分别启动两个进程。

内存中的进程

每个进程之间是相互独立的，不受影响的，并且运行在它们专用的受保护的内存空间内。也就意味着一个进程是不能访问另一个进程的独有空间的

可以通过MAC系统中的活动监视器来查看进程

活动监视器

• 进程的五态模型

五态模型

1. 新建

进程刚刚被创建，还没有被提交的状态，此时它要赶在系统完成创建进程的必要信息。进程在创建过程的时候，还不能运行，操作系统在这个时候还要做很多事情，比如：建立资源表格、分配资源、加载程序、以及建立地址空间表等等。进程只有在这些必要条件创建完成之后，才能进入就绪状态。操作系统往往会根据当前的系统性能和主存容量现状来推迟新建态进程的提交。
创建一个进程一般要通过一下两个两个步骤(1) 为一个新进程创建PCB，并填写必要的管理信息.(2) 把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。当一个新进程被创建时，系统已为其分配了PCB，填写了进程标识等信息，但由于该进程所必需的资源或其它信息，如主存资源尚未分配等，一般而言，此时的进程已拥有了自己PCB，但进程自身还未进入主存，即创建工作尚未完成，进程还不能被调度运行，其所处的状态就是创建状态。 引入创建状态，是为了保证进程的调度必须在创建工作完成后进行，以确保对进程控制块操作的完整性。同时，创建状态的引入，也增加了管理的灵活性，操作系统可以根据系统性能或主存容量的限制，推迟创建状态进程的提交。对于处于创建状态的进程，获得了其所必需的资源，以及对其PCB初始化工作完成后，进程状态便可由创建状态转入就绪状态。

2. 就绪

当一个进程获得除了处理机（cpu）意外的一切所需要的资源，如果此时该线程一旦得到了处理机（CPU），即可运行。当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为就绪队列。

3. 运行

是指一个进程正在处理机上运行，在操作系统中运行状态的进程数肯定是小于等于处理器的数目，比如对于单核的处理器来讲的话，处于运行状态的进程只能有一个。在没有其他进程可以执行的时候，比如说所有进程都在堵塞的状态，通常会自动执行系统的一个空闲进程。进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态； 在多处理机系统中，则有多个进程处于执行状态。

4. 堵塞

一般我们也会叫做等待或者睡眠状态，一个进程等待某一事件发生会暂时停止运行，比如在等待I/O完成。所以这个时候即使处理器分配了该进程也是无法运行的，所以我们称之为堵塞的状态。正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即进程的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态，有时也称为等待状态或封锁状态。致使进程阻塞的典型事件有：请求I/O，申请缓冲空间等。通常将这种处于阻塞状态的进程也排成一个队列。有的系统则根据阻塞原因的不同而把处于阻塞状态的进程排成多个队列。

5. 终止

指进程已经结束运行，系统回收其资源，这个过程要等待系统做一些善后处理。并且释放主存，等待操作系统进行善后处理，然后将其PCB清零，并将PCB空间返还系统。当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所终结，它将进入终止状态。进入终止态的进程以后不能再执行，但在操作系统中依然保留一个记录，其中保存状态码和一些计时统计数据，供其它进程收集。一旦其它进程完成了对终止状态进程的信息提取之后，操作系统将删除该进程。

线程

• 什么是线程？

线程是进程的基本执行单元，一个进程要想执行任务，必须得有线程，（每一个进程至少要有一个线程）。
e.g.:我们使用QQ进行文字聊天，我们使用微信就行视频聊天。都需要各自在进程中启动线程。

线程

如果在线程中有多个任务，线程该怎么执行？

线程串行

• 什么是线程的串行？
  如果要在一个线程中执行多个任务，那么只能是一个一个按照顺序执行这些任务，也就是说，在同一时间内，一个线程中只能执行一个任务。

eg:比如在一个线程中有三个下载任务，（任务A， 任务B, 任务C）

下载任务

说明：任务A完成之后执行任务B，任务B完成之后执行任务C。如果任务中有比较耗时的任务就会出现等待的情况。也可以说线程是进程中的一个条执行路径。也就是说进程中的任务都是在线程中完成的。基于这种情况才引入了多线程的概念。

多线程

什么是多线程？

线程是进程的基本执行单元。
进程的所有任务都是在线程中执行的。
一个进程要完成某项任务，必须要有一个线程，这个线程我们通常称之为主线程。在IOS开发中我们也称为UI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）执行不同任务。

进程和线程的关系

举个例子加深理解;

将进程比作工厂车间，线程比作车间工人，负责不同任务的车间工人在同时在车间运作，最后生产出产品 ，因此多线程技术可以提高程序的执行效率。

e.g.:比如同时开启3条线程分别来操作3个下载任务。（任务A， 任务B。任务C）

下载任务

说明：启动进程后，在进程中创建三个线程，每个线程可以同时分别执行不同的任务，

为什么要学习多线程？
常用功能需求：

1. 网络请求
2. 图片加载
3. 文件处理
4. 数据存储
5. 任务执行

任务的执行方式
串行 ： 多个任务按照一定顺序去执行。

任务串行

并行 ： 多个任务并发执行

任务并行

多线程的实现原理

1. 在同一时间，CPU只能处理一条线程，只有一条线程在工作。
2. 多线程并发执行时，其实是CPU快速的在线程之间的调度。
3. 如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多条线程并发执行的假象。

单核操作系统
从宏观来看是并行的
从微观上来看来是串行的

单核多线程

多核操作系统

多核多线程

思考：如果线程非常多，会发生什么情况？

cpu会在非常多的线程之间调度，最终会导致CPU累死，消耗大量的CPU资源，并且每条线程被调用执行的频率降低，导致线程的执行效率降低。

多线程的优缺点

• 多线程的优点

1. 能够适当的提高程序的执行效率。

2. 能够适当提高资源的利用率（cpu、内存的利用）。

3. 简化了编程模型。

4. 更加的轻量级。

• 多线程的缺点

1. 开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用1M。子线程占用512kB，如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能）。

2. 线程越多，CPU在线程调度上开销就越大。

3. 程序设计更加复杂，比如：线程之间的通信，多线程的数据共享等。

多线程在IOS中的应用

• 什么是主线程？

• 一个iOS程序运行后，默认会开启一条线程，该线程称为“主线程”或“UI线程”。

• 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）

主线程的使用注意事项

• 不要将比较耗时的操作放置在主线程中，因为耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，会给用户一种“卡”的感觉，体验效果不好。

以下使用图像来对耗时操作在主线程和子线程中的区别比较

1. 在主线程中

主线程的耗时操作

2. 在子线程中

子线程中的耗时操作

IOS提供的解决方