iOS中多线程
首先看一道面试题
iOS中多线程有哪些实现方案？
| 技术方案 | 简介 | 语言 | 线程声明周期 | 使用频率 |
|---|---|---|---|---|
| pthread | 1. 一套通用的多线程API 2. 跨平台/可移植 3. 使用难度大 | C | 程序员管理 | 几乎不用 |
| NSThread | 1.面向对象 2.简单易用直接操作线程对象 | OC | 程序员管理 | 偶尔使用 |
| GCD | 1.旨在替代NSThread等线程技术 2.充分利用设备的多核 | C | 自动管理 | 经常使用 |
| NSOperation | 1.基于GCD 2.比GCD多了一些更实用的函数 | OC | 自动管理 | 经常使用 |
iOS中，多线程一般有三种方案GCD、NSOperation和NSThread。
这一篇文章，会学习iOS中关于多线程相关的问题，以及面试中的问题。
一、GCD
GCD相关问题一般分为三个方面：首先，同步/异步和串行/并发问题；其次，dispatch_barrier_async异步栅栏调用，解决多读单写问题；最后，dispatch_group使用和理解。
GCD中有2中用来执行任务的函数：同步和异步；同时还有两种类型的队列：并发和串行队列。并发队列让多个任务并发执行，自动开启多个线程同时执行任务。并发功能只在异步函数下才生效。
| 并发队列 | 手动创建的串行队列 | 主队列 | |
|---|---|---|---|
| 同步 | 没有开辟新线程 串行执行 | 没有开辟新线程 串行执行 | 没有开辟新线 串行执行 |
| 异步 | 有开辟新线程 并发执行 | 有开辟新线程 串行执行 | 没有开辟新线程 串行执行 |
注意:使用同步函数往当前串行队列中添加任务，会卡主当前的串行队列，产生死锁。
1.1 同步/异步和串行/并发
存在四种组合方案：
// 同步 + 串行
dispatch_sync(serial_queue, ^{
//任务
});
// 异步 + 串行
dispatch_async(serial_queue, ^{
//任务
});
// 同步 + 并发
dispatch_sync(concurrent_queue, ^{
//任务
});
// 异步 + 并发
dispatch_async(concurrent_queue, ^{
//任务
});
1.1.1 同步 + 串行
首先看一道面试题
- (void)viewDidLoad {
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
[self doSomething];
});
}
上面这道面试题，存在什么问题？
产生死锁。队列引起循环等待。因为，
viewDidLoad()进入主队列，执行过程中会将block添加到主队列中。viewDidLoad()需要等待block执行完成后才能结束，由于主队列先进先出的block需要viewDidLoad()执行完毕才能执行。因此导致队列循环等待的问题。
上面的问题理解，在来看一个问题。
- (void)viewDidLoad {
dispatch_sync(serial_queue, ^{
[self doSomething];
});
}
上面这道题，有什么问题？
没有问题。这里是将
block添加到单独的串行队列。viewDidLoad()在主队列中在主线程中执行，在其执行过程中调用block添加到串行队列中，在主线程中执行。同步方式提交任务，无论在串行队列还是并发队列都会在当前线程中执行
1.1.2 同步 + 并发
问题
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
dispatch_queue_t global_queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"1");
dispatch_sync(global_queue, ^{
NSLog(@"2");
dispatch_sync(global_queue, ^{
NSLog(@"3");
});
NSLog(@"4");
});
NSLog(@"5");
}
return 0;
}
上面这段代码的输出结果？
输出结果：12345。同步方式提交任务，无论在串行队列还是并发队列都会在当前线程中执行。
思考，如果换成串行队列呢？
1.1.3 异步 + 串行
略...
1.1.4 异步 + 并发
面试题
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
dispatch_queue_t global_queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_async(global_queue, ^{
NSLog(@"1");
[self performSelector:@selector(printLog) withObject:nil afterDelay:0];
NSLog(@"3");
});
}
- (void)printLog {
NSLog(@"2");
}
上述代码执行的结果？
结果：13。提交异步任务到并发队列,任务调用了
performSelector:withObject:afterDelay:。由于GCD提交的任务是在某个子线程中执行，子线程没有RunLoop。由于performSelector:withObject:afterDelay:需要RunLoop才可生效，所以方法不执行。这个问题，考察performSelector:withObject:afterDelay:内部实现。
任务和队列示例代码：任务和队列Demo包含面试题讲解
二、多读单写解决方案
- pthread_rwlock: 读写锁
- dispatch_barrier_async() 异步栅栏调用
怎么利用GCD实现多读单写？或者如何实现多读单写？
2.1 什么是多读单写？
读者和读者，并发。
读者和写者，互斥。
写者与写者，互斥。
2.2 解决方法
dispatch_async(global_queue, ^{
NSLog(@"读取1");
});
dispatch_async(global_queue, ^{
NSLog(@"读取2");
});
dispatch_barrier_async(global_queue, ^{
NSLog(@"写入1");
});
dispatch_async(global_queue, ^{
NSLog(@"读取3");
});
dispatch_async(global_queue, ^{
NSLog(@"读取4");
});
dispatch_barrier_async函数会等待追加到并发队列上的并行执行的处理全部结束之后，在将指定的处理追加到该并发队列中。然后等dispatch_barrier_async函数追加的处理执行完毕后，并发队列才恢复为一般的动作，追加到并发队列的处理又开始并行执行。
三、dispatch_group_async()
面试题：
如何用GCD 实现：A、B、C三个任务并发，完成后执行任务D？
实现追加到并发队列中的多个任务全部结束后再执行想执行的任务。无论向什么样的队列中追加处理，使用Dispatch Group都可监视这些处理执行的结束。一旦检测到所有处理执行结束，该Dispatch Group与队列相同。
dispatch_group_async()
同dispatch_async()函数相同，都追加Block到指定的Dispatch Queue中。当组中所有任务都执行完成后，dispatch_group_notify()执行Block中的内容。
示例代码：
// dispatch_group_notify
- (void)test {
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.lqq.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_group_async(group, queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"任务1 - %@", [NSThread currentThread]);
}
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"任务2 - %@", [NSThread currentThread]);
}
});
//--------------示例1-------------------
// 写法一， 等上面的任务执行完成后，才会在主队列中执行任务3
// dispatch_group_notify(group, queue, ^{
// dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// for (int i = 0; i < 5; i++) {
// NSLog(@"任务3 - %@", [NSThread currentThread]);
// }
// });
// });
//写法二：直接在主队列中执行
// dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
// for (int i = 0; i < 5; i++) {
// NSLog(@"任务3 - %@", [NSThread currentThread]);
// }
// });
//--------------示例2-------------------
// 如果有多个notify会怎么执行呢？
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"任务3 - %@", [NSThread currentThread]);
}
});
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"任务4 - %@", [NSThread currentThread]);
}
});
// 任务3和任务4是交替执行的
}
另外，也可以使用dispatch_group_wait，如下：
// 监控任务是否完成，当完成时会返回0，不完成一直等待。
long result = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
if (result == 0) {
NSLog(@"全部任务执行完成");
}
线程组示例代码：线程组API使用Demo
四、NSOperation
需要和NSOperationQueue配合使用来实现多线程。优势和特点：添加任务依赖、任务执行状态控制、控制最大并发量。
任务状态的控制
isReady
isExecuting
isFinished
isCanceled
如果重写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start方法，自行控制任务状态。
面试题
系统是怎样移除一个isFinished=YES的NSOperation的？答案：KVO
五、NSThread
启动流程
start() -> 创建pthread -> main() ->[target performSelector:selector] -> exit()
如何实现常驻进程？
通过使用NSThread和RunLoop实现。
附录
GCD API介绍：
dispatch_queue_create(名称，类型)
类型为NULL时，为串行队列；为DISPATCH_QUEUE_CONCUREENT，为并行队列.。
需要手动release释放队列
dispatch_release(队列)
主队列，串行
dispatch_get_main_queue()
dispatch_get_global_queue(优先级，0)
优先级有四种情况：
高，默认，低，后台
为自己创建的队列设置优先级
dispatch_set_target_queue(自定义队列，其他已知优先级的队列)
dispatch_after(时间，队列，Block)
时间：dispatch_time_t
dispatch_group 监听所有任务结束。
dispatch_group_create() //创建一个队列组，需要手动release
dispatch_group_async(组，队列，block)
dispatch_group_notify(组，队列，block) // 所有任务都结束后调用
也可以使用dispatch_group_wait()
dispatch_barrier_async() 一般用于数据库操作和文件读写。
同步任务
dispatch_sync(队列，block)
异步任务
dispatch_async(队列，block)
指定执行次数
dispatch_apply(次数，队列，block)
挂起
dispatch_suspend(队列)
恢复
dispatch_resume(队列)
信号量
Dispatch Semaphore是持有计数的信号，该计数是多线程编程中的计数类型信号。
dispatch_semaphore_create(技术值)
dispatch_semaphore_wait(semaphore, 时间)
dispatch_semaphore_signal(semaphore)
dispatch_reliease(semaphore)
// 示例
// 创建一个对象，默认的计数值为0，等待。当计数值大于1或者等于1时，减去1而不等待。
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
// 发送计数值加一信号
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
// 等待计数值变化，第二个参数是等待时间，这里是永久等待。
// 当计数值大于0时，返回0。等于0不会返回任何值。
long result = dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
if (result == 0) {
NSLog(@"执行排他性操作");
}
dispatch_once函数是保证在应用程序执行中只执行一次的API。
dispatch I/O 分割读取，提高读取效率。
小结
通过几道面试题理解iOS中几种多线程解决方案。笔者认为该课程可以用作知识梳理，将解读的内容不是很全面，其他的内容可以看《小马哥底层原理视频》。
