课程笔记:多线程相关面试问题

AFNetwoking 和 SDWebImage 内部都是用的 NSOperation

GCD

  • 同步/异步 和 串行/并行
  • dispatch_barrier_async
  • dispatch_group
同步/异步 和 串行/并行

分为:

  • dispatch_sync(serial_queuq, ^{//任务});
  • dispatch_async(serial_queuq, ^{//任务});
  • dispatch_sync(concurrentQueuq, ^{//任务});
  • dispatch_async(concurrentQueuq, ^{//任务});

串行

  • 同步串行

1、请思考下面这段代码会发生什么?

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        
        [self dosomething];
        
    })
}

上面这段代码会发生死锁,死锁的原因是:队列引起的循环等待,并不是线程引起的循环等待

这段代码的逻辑:在主队列中提交了viewDidLoad任务,然后提交 block任务,这2个任务最终都需要分派的主线程中执行。比如说分派 viewDidLoad到主线程中处理,在执行过程当中,需要调用block,当block同步调用完成后,viewDidLoad方法才能继续向下执行,所以viewDidLoad调用结束或者说处理需要依赖于后续提交的block任务。主队列的性质是先进先出,Block任务要执行,依赖于 viewDidLoad任务完成。这个过程就造成死锁。

2、请思考下面这段代码会死锁吗?

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(DISPATCH_QUEUE_SERIAL, 0);
    dispatch_async(serialQueue, ^{
        [self dosomething];
    });
}

这段代码没有问题,原因如下:

代码逻辑:以上代码涉及2个队列,一个是主队列,一个是串行队列。
在viewDidLoad运行在主线程中,viewDidLoad执行到某一时刻时,需要同步提交任务到对应的串行队列上。同步提交,意味着在当前线程执行,所以串行队列提交的任务,最终也是在主线程中执行,串行队列中提交的任务在主线程当中执行完成后,才去继续执行主队列viewDidLoad后续的代码逻辑.

  • 主线程和主队列的关系:主队列是主线程中的一个串行队列,所有的和UI的操作(刷新或者点击按钮)都必须在主线程中的主队列中去执行,否则无法更新UI,每一个应用程序只有唯一的一个主队列用来更新 UI。

  • 队列和线程的关系:在一个线程内可能有多个队列,这些队列可能是串行的或者是并行的,按照同步或者异步的方式工作
    异步的,则会开启新的线程工作
    同步的,会在当前线程内工作,不会创建新的线程
    注意:并行同步队列,不会创建新的线程而且会是顺序执行相当于串行同步队列

  • 同步并发

1、思考下面这段代码的输出结果

-  (void)viewDidLoad
{
    NSLog(@"----1");
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"----2");
        
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"----3");
        });
        
        NSLog(@"-----4");
    });
    NSLog(@"-----5");
}

注意:只要是以同步的方式提交任务,无论是串行队列还是并行队列都是在当前线程执行任务。
输出结果是:

如果把上面代码里的并行队列换成串行队列,将发生死锁

  • 异步并发

1、请思考下面这段代码的输出结果?

-  (void)viewDidLoad
{
       dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
       dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"---6");
        
        [self performSelector:@selector(printLog) withObject:nil afterDelay:0];
        
        NSLog(@"----8");
    });
}

- (void)printLog
{
    NSLog(@"7");
}

上面代码的执行结果是:6和8,7是不会打印的,因为 performSelector:withObject: afterDelay: 即使是延迟0秒,默认也是需要开启 RunLoop 的,而子线程中 RunLoop 默认是没有开启的,因此这个方法在这里是会失效的。

dispatch_barrier_async()
  • 怎样利用 GCD 实现多读单写?

具体实现如下:

#import "UserCenter.h"
@interface UserCenter()

@property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *userCenterDict;
@property (nonatomic, assign) dispatch_queue_t queue;

@end
@implementation UserCenter

- (instancetype)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        //创建并发队列
        dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("read_write_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        self.queue = queue;
        //用户数据中心,可能多个线程需要数据访问
        self.userCenterDict = [NSMutableDictionary dictionary];
    }
    return self;
}

- (void)objectForKey:(NSString *)key
{
    __block id obj;
    //同步读取指定数据,这里用同步是因为要求立刻返回结果,所以用同步
    dispatch_sync(self.queue, ^{
        obj = [self.userCenterDict objectForKey:key];
    });
}

- (void)setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key
{
    //异步栅栏调用设置数据
    dispatch_barrier_async(self.queue, ^{
        [self.userCenterDict setObject:obj forKey:key];
    });
}

@end
dispatch_group_async()

思考如何使用GCD实现这个需求:A、B、C三个任务并发,完成后执行任务D?

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
  
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("group.create", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        //任务1;
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        //任务2;
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        //任务3;
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        //任务4;
    });
}
NSOperation

需要和 NSOperationQueue 配合使用来实现多线程方案

  1. 请思考使用 NSOperation 有哪些优势和特点?
  • 可以添加任务依赖,主要通过 operation addDependency:operation removeDependency: 来实现
  • 任务执行状态控制
  • 可以控制最大并发量
任务执行状态控制
  • isReady 是否处于就绪状态
  • isExecuting 当前任务是否处于正在执行中
  • isFinished 当前任务是否完成
  • isCanceled 当前任务是否已取消

状态控制主要涉及 main 方法和 start 方法

  • 如果只重写了 main 方法,底层控制变更任务执行完成状态,以及任务退出
  • 如果重写了 start 方法,自行控制任务状态

下面参考 GNUstep 关于 NSOperation 的源来看下内部实现机制

start.png
状态
状态2
image.png

Q:系统怎样移除一个 isFinished = YES 的NSOperation的?
A:通过KVO来移除 NSOperationQueue 里的 NSOperation

NSThread

通常是结合 RunLoop 来一块考察的

  • NSThread 启动流程

其中里面的 main 函数是 NSThread 内部的 main 函数
下面是 start 方法的内部实现机制,同样是基于 gnustep-base-1.24.9

start函数
image.png
image.png
image.png

NSThread的执行原理是内部创建了一个 pThread 执行线程,然后当 main 函数或者我们指定的target的selector方法执行结束以后,会为我们执行线程退出的管理操作,如果我们要想维护一个常驻线程的话,需要在 NSThread 对应的 selector 方法中去维护 runloop 的事件循环。

多线程的锁
  • iOS当中都有哪些锁,或者你使用过哪些锁?
    • @synchronized
    • atomic
    • OSSpinLock
    • NSRecursiveLock
    • NSLock
    • dispatch_semaphore_t

上面就构成了我们经常使用的锁,这些锁应用在不同的场景下

@synchronized

一般在创建单例对象的时候使用

atomic
  1. 修改属性的关键字
  2. 对被修饰的对象进行原子操作(赋值操作保证安全,其他情况下不保证安全),示例如下:
OSSpinLock(自旋锁)
  1. 循环等待询问,不释放当前资源,类似一个 while 操作,循环检测是否能获得锁的访问,如果不能,继续轮询,直到可以获得
  2. 应用场景:用于轻量级数据访问,简单的int值+1/-1操作
NSLock

Q:以上代码有什么问题?
A:methodA, 加锁后,methodB又对同一把锁进行加锁,就相当于已经获取到了锁,又再次获取这个锁,就会由于重入的原因导致死锁。可以使用递归锁NSRecursiveLock来解决这个问题,递归锁的特点就是可以重入。

dispatch_semaphore_t
//根据一个初始值创建信号量
dispatch_semaphore_create(信号量值)
//如果信号量的值<=0,当前线程就会进入休眠等待(直到信号量的值>0);如果信号量的值>0,就减1,然后往下执行后面的代码。
dispatch_semaphore_wait(信号量,等待时间)
//提高信号量(让信号量的值加1)
dispatch_semaphore_signal(信号量)

下面是 wait 方面的内部处理逻辑,如果信号量值为0,则唤醒

下面是 signal 的内部机制

常见面试题

我们使用GCD来实现一些简单的线程同步,包括一些子线程的分配,包括多读单写这些场景的解决,对于 NSOperation 由于它可以方便地让我们对状态进行控制,添加依赖,移除依赖

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