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 |
没有开辟新线程 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:
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| // 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
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| - (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。
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| - (void)viewDidLoad { dispatch_sync(serial_queue, ^{ [self doSomething]; }); }
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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
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| 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
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| - (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"); }
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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
1.2 队列组
在追加到队列中的多个处理全部结束后才去执行结果处理,通常会使用 队列组 。
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()
A B C D 四个任务,D要在之前的任务结束后才去执行。
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| dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"A"); }); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"B"); }); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"C"); }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"D"); }); long result = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER); if (result == 0) { NSLog(@"D"); }
|
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
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| 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:
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| // 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:
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| // 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"); }
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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
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| isReady isExecuting isFinished isCanceled
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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
1
| 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
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| 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。
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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》。
参考文章:
细说 NSOperation