iOS 底层探索之多线程(一)—进程和线程

前言

在 $\color{red}{iOS}$ 的面试中 $\color{red}{多线程}$ 是经常被问到的， $\color{red}{多线程}$ 也是一个难点，很多面试者平时用的不多，因此很难回答到点子上，那么本篇博客就对 $\color{red}{多线程}$ 进行探索和分析。

1. 进程和线程

什么是进程

进程是指在系统中正在运⾏的⼀个应⽤程序，它是程序执行时的一个实例。
程序运行时系统就会创建一个进程，并为它分配资源，然后把该进程放入* 进程就绪队列，进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间，程序开始真正运行。
每个进程之间是独立的，每个进程运行在其专有的且受保护的内存空间内
在 MAC电脑上，可以通过“活动监视器”查看所开启的进程

iOS 开发是单进程，安卓是可以多进程

什么是线程

线程是进程的基本执行单元，一个进程中的所有任务都是在线程中执行的
进程想要执行任务必须得有线程，一个进程至少有一条线程
程序启动是会默认开启一条线程，这条线程被称为主线程或者 UI线程

进程和线程的区别

进程是资源分配的最小单位，线程是程序执行的最小单位。
进程有自己的独立地址空间，每启动一个进程，系统就会为它分配地址空间，建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段，这种操作非常昂贵。而线程是共享进程中的数据的，使用相同的地址空间，因此CPU切换一个线程的花费远比进程要小很多，同时创建一个线程的开销也比进程要小很多。
线程之间的通信更方便，同一进程下的线程共享全局变量、静态变量等数据，而进程之间的通信需要以通信的方式（IPC)进行。不过如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点。
但是多进程程序更健壮，多线程程序只要有一个线程死掉，整个进程也死掉了，而一个进程死掉并不会对另外一个进程造成影响，因为进程有自己独立的地址空间。

2.多线程的意义

一个进程的任务都是多个的，单线程执行效率肯定是低下的，在开发中都是多线程编程，为什么要使用多线程呢？

举例

测试代码

    NSLog(@"开始");
    NSInteger count = 1000 * 100;
    for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {
        // 栈区
        NSInteger num = I;
        // 常量区
        NSString *name = @"RENO";
        // 堆区
        NSString *myName = [NSString stringWithFormat:@"%@ - %zd", name, num];
        NSLog(@"%@", myName);
    }
    NSLog(@"结束");

测试结果

2021-08-08 21:42:15.517924+0800 001----多线程的作用[35508:936771] 开始
2021-08-08 21:42:15.518147+0800 001----多线程的作用[35508:936771] RENO - 0
2021-08-08 21:42:15.518314+0800 001----多线程的作用[35508:936771] RENO - 1
2021-08-08 21:42:15.518468+0800 001----多线程的作用[35508:936771] RENO - 2
。。。。。。。。。。。。。
021-08-08 21:43:03.151830+0800 001----多线程的作用[35508:936771] RENO - 99998
2021-08-08 21:43:03.152314+0800 001----多线程的作用[35508:936771] RENO - 99999
2021-08-08 21:43:03.152691+0800 001----多线程的作用[35508:936771] 结束

在上面的案例中，循环执行 $\color{red}{十万次的循环}$ ，在循中进行还进行局部变量的创建，此过程执行完成共 $\color{red}{耗时接近一分钟}$ ，如果此流程放在 $\color{red}{主线程}$ ，会造成主线程 $\color{red}{卡顿}$ ，极大的影响用户体验。

所以通常情况下，我们都会进行 $\color{red}{异步处理}$ ，开启新的线程对这些事务进行处理，而如果一个事务很复杂，比较耗时，可以将一个大的事务拆分成多个小的事务进行并发处理，这样可以节省时间，并且不会影响用户的体验。

多线程的优缺点

$\color{red}{优点}$ ：

能适当提⾼程序的执⾏效率
能适当提⾼资源的利⽤率（如CPU，内存）
线程上的任务执⾏完成后，线程会⾃动销毁

$\color{red}{缺点}$ ：

开启线程需要占⽤⼀定的内存空间（默认情况下，每⼀个线程都占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
线程越多，CPU在调⽤线程上的开销就越⼤，程序设计更加复杂，⽐如线程间的通信、多线程的数据共享

3. 时间片

时间片（timeslice）又称为“量子（quantum）”或“处理器片（processor slice）”是分时操作系统分配给每个正在运行的进程微观上的一段CPU时间（在抢占内核中是：从进程开始运行直到被抢占的时间）

简单来说就是：CPU时间片即CPU分配给多个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片。

宏观上，我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行；
微观上，由于只有一个 $\color{red}{CPU}$ ，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序 $\color{red}{轮流执行}$ 。

$\color{red}{多线程的执行}$ ：是 $\color{red}{CPU}$ 快速的在多个线程之间进行切换。线程数过多， $\color{red}{CPU}$ 会在多个线程之间切换，销毁大量的CPU资源，反而导致执行效率的下降。
$\color{red}{多线程同时执⾏}$ ：是 $\color{red}{CPU}$ 快速的在多个线程之间的切换， $\color{red}{CPU}$ 调度线程的时间⾜够快，就造成了多线程的同时执⾏的效果。
$\color{red}{如果线程数⾮常多}$ ， $\color{red}{CPU}$ 会在N个线程之间切换，消耗⼤量的 $\color{red}{CPU}$ 资源，每个线程被调度的次数会降低，线程的执⾏效率降低。

iOS底层探索之多线程(二)—线程和锁