多线程(一): 进程和线程，多线程的四种实现方案，PThread和NSThread的基本使用，互斥锁解决多线程安全隐患，主线程和子线程间线程通信，线程的原子性和非原子性

进程

• 什么是进程

    1) 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序

    2) 每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用且受保护的内存空间内

• 比如同时打开迅雷、Xcode，系统就会分别启动2个进程

 注：通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程

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线程

• 什么是线程

    1）1个进程要想执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1条线程）

    2）一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行

• 比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影，都需要在线程中执行

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线程的串行

• 1个线程中任务的执行是串行的

   1）如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务

   2）也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务

• 比如在1个线程中下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C）

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进程和线程的比较

1.线程是CPU调用(执行任务)的最小单位。

2.进程是CPU分配资源和调度的单位。

3.一个程序可以对应多个进程，一个进程中可以有多个线程，但至少要有一个线程。

4.同一个进程内的线程共享进程的资源。

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多线程

• 什么是多线程

   1）1个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务

   2）进程 -> 车间，线程 -> 车间工人

   3）多线程技术可以提高程序的执行效率

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多线程的原理

1. 同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）
2. 多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）
3. 如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象
4. 思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？
5. CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源
6. 每条线程被调度执行的频次会降低（线程的执行效率降低）

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多线程的优缺点

• 多线程的优点

   1）能适当提高程序的执行效率

   2）能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）

• 多线程的缺点

   1）创建线程是有开销的，iOS下主要成本包括：内核数据结构（大约1KB）、栈空间（子线程512KB、主线程1MB，也可以使。   用-setStackSize:设置，但必须是4K的倍数，而且最小是16K），创建线程大约需要90毫秒的创建时间

  2）如果开启大量的线程，会降低程序的性能

  3）线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大

  4）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

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多线程在iOS开发中的应用

• 什么是主线程

    一个iOS程序运行后，默认会开启1条线程，称为“主线程”或“UI线程”

• 主线程的主要作用

    显示\刷新UI界面

    处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）

• 主线程的使用注意

   别将比较耗时的操作放到主线程中

   耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，给用户一种“卡”的坏体验

代码示例：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    //1.获得主线程
    NSThread *mainThread = [NSThread mainThread];
    NSLog(@"%@",mainThread);//{number = 1, name = main}
    
    //2.获得当前线程
    NSThread *currentThread  = [NSThread currentThread];
    NSLog(@"%@",currentThread);
    
    //3.判断主线程
    //3.1 number  == 1
    //3.2 类方法
    BOOL isMainThreadA = [NSThread isMainThread];
    //3.3 对象方法
    BOOL isMainThreadB = [currentThread isMainThread];
    NSLog(@"%zd---%zd",isMainThreadA,isMainThreadB);
}

- (IBAction)btnClick:(id)sender {
    
//    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    
    //耗时操作,不要把耗时操作，UI会变得很卡
    for (NSInteger i = 0; i <100000; i++) {
        NSLog(@"%zd----%@",i,[NSThread currentThread]);
    }
    
}

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iOS中多线程的实现方案

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pthread的基本使用

#import "ViewController.h"
#import <pthread.h> //需要调用头文件

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

   
}

- (IBAction)btnClick:(id)sender {

//    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    
    //1.创建线程对象
    pthread_t thread;
    
    //2.创建线程
    /*
     第一个参数:线程对象 传递地址
     第二个参数:线程的属性 NULL
     第三个参数:指向函数的指针
     第四个参数:函数需要接受的参数
     */
    pthread_create(&thread, NULL, task, NULL);
    
//    NSString *name = @"wendingding";
//    pthread_create(&threadB, NULL, task, (__bridge void *)(name));
//    
//    比较两个线程对象是否相同   
//    pthread_equal(<#pthread_t#>, <#pthread_t#>)

}

//c语言方法
void *task(void *param)
{
    for (NSInteger i = 0; i<10000; i++) {
        NSLog(@"%zd----%@",i,[NSThread currentThread]);
    }
    
//    NSLog(@"%@--------",[NSThread currentThread]);
    return NULL;
}

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NSThread的基本使用

• 创建和启动线程

    1）一个NSThread对象就代表一条线程

    2）创建、启动线程

• NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
  
  [thread start];

  注:  线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法

• 主线程相关用法

• + (NSThread *)mainThread; // 获得主线程

  - (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程

  + (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程

• 获得当前线程

• NSThread *current = [NSThread currentThread];

• 线程的名字

• - (void)setName:(NSString *)n;

  - (NSString *)name;

• 创建线程后自动启动线程

• [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

• 隐式创建并启动线程

• [self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];

• 上述2种创建线程方式的优缺点

        1)  优点：简单快捷

        2)  缺点：无法对线程进行更详细的设置

•  实现代码：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [self createNewThread1];
}

//1.alloc init 创建线程,需要手动启动线程
//线程的生命周期:当任务执行完毕之后被释放掉
-(void)createNewThread1
{
    //1.创建线程
    /*
     第一个参数:目标对象  self
     第二个参数:方法选择器 调用的方法
     第三个参数:前面调用方法需要传递的参数 nil
     */
    XMGThread *threadA = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"ABC"];
    
    //设置属性
    threadA.name = @"线程A";
    //设置优先级  取值范围 0.0 ~ 1.0 之间 最高是1.0 默认优先级是0.5
    threadA.threadPriority = 1.0;
    
    //2.启动线程
    [threadA start];

    
    NSThread *threadB = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"ABC"];
    threadB.name = @"线程b";
    threadB.threadPriority = 0.1;
    [threadB start];
    
    NSThread *threadC = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"ABC"];
    threadC.name = @"线程C";
    [threadC start];
}

//2.分离子线程,自动启动线程
-(void)createNewThread2
{
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run:) toTarget:self withObject:@"分离子线程"];
}

//3.开启一条后台线程
-(void)createNewThread3
{
    [self performSelectorInBackground:@selector(run:) withObject:@"开启后台线程"];
}

-(void)run:(NSString *)param
{
//    NSLog(@"---run----%@---%@",[NSThread currentThread].name,param);
    for (NSInteger i = 0; i<10000; i++) {
        NSLog(@"%zd----%@",i,[NSThread currentThread].name);
    }
}

@end

---

多线程的安全隐患

• 资源共享

    1）1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源

    2）比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件

    3）当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题

• 安全隐患分析

由于两个线程同时调用一个资源，导致本该加两次变为19的只加了一次变成18.

• 安全隐患解决 – 互斥锁

加了互斥锁，当一个线程调用完资源后再由下一个线程调用，不会同时调用。

• 互斥锁使用格式

   @synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码  }

   注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的，而且锁对象要是唯一的

• 互斥锁的优缺点

    1）优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题

    2）缺点：需要消耗大量的CPU资源

• 互斥锁的使用前提：多条线程抢夺同一块资源
• 相关专业术语：线程同步（使用互斥锁会使原本异步执行的线程变为同步执行）
• 线程同步的意思是：多条线程在同一条线上执行（按顺序地执行任务）
• 互斥锁，就是使用了线程同步技术

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
/** 售票员A */
@property (nonatomic, strong) NSThread *threadA;
/** 售票员B */
@property (nonatomic, strong) NSThread *threadB;
/** 售票员C */
@property (nonatomic, strong) NSThread *threadC;

@property (nonatomic, assign) NSInteger totalCount;
@end

@implementation ViewController

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    
    //设置中票数
    self.totalCount = 100;
    
     self.threadA = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
     self.threadB = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
     self.threadC = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
    
    self.threadA.name = @"售票员A";
    self.threadB.name = @"售票员B";
    self.threadC.name = @"售票员C";
    
    //启动线程
      [self.threadA start];
      [self.threadB start];
      [self.threadC start];
    
}

-(void)saleTicket
{
    while (1) {
        
    //锁:必须是全局唯一的（即：self）
    //1.注意加锁的位置
    //2.注意加锁的前提条件,多线程共享同一块资源
    //3.注意加锁是需要代价的,需要耗费性能的
    //4.加锁的结果:线程同步
        
    @synchronized(self) {

        NSInteger count = self.totalCount;
        if (count >0) {
            
            for (NSInteger i = 0; i<1000000; i++) {
            }
            
            self.totalCount = count - 1;
            //卖出去一张票
            NSLog(@"%@卖出去了一张票,还剩下%zd张票", [NSThread currentThread].name,self.totalCount);
        }else
        {
            NSLog(@"不要回公司上班了");
            break;
        }
        }
    }
    
}

@end

---

原子和非原子属性

• OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择

    1）atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）

    2）nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁

• nonatomic和atomic对比

    1）atomic：线程安全，需要消耗大量的资源

    2）nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备

• iOS开发的建议

     1）所有属性都声明为nonatomic

     2）尽量避免多线程抢夺同一块资源

     3）尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理，减小移动客户端的压力

---

线程间通信

• 什么叫做线程间通信

       在1个进程中，线程往往不是孤立存在的，多个线程之间需要经常进行通信

• 线程间通信的体现

    1）1个线程传递数据给另1个线程

    2）在1个线程中执行完特定任务后，转到另1个线程继续执行任务（一般是子线程下载数据，在主线程刷新UI）

• 线程间通信常用方法

    1）- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

    2）- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

• 线程间通信示例 – 图片下载
• 

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIImageView *imageView;

@end

@implementation ViewController

#pragma mark ----------------------
#pragma Events

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(download) toTarget:self withObject:nil];
}

#pragma mark ----------------------
#pragma Methods

//开子线程下载图片,回到主线程刷新UI
-(void)download
{
    //1.确定URL
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://img4.duitang.com/uploads/blog/201310/18/20131018213446_smUw4.thumb.700_0.jpeg"];
    
    //2.根据url下载图片二进制数据到本地
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    //3.转换图片格式
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
    
    NSLog(@"download----%@",[NSThread currentThread]);
    
    //4.回到主线程显示UI
    /*
     第一个参数:回到主线程要调用哪个方法
     第二个参数:前面方法需要传递的参数 此处就是image
     第三个参数:是否等待
     */
    //[self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:image waitUntilDone:NO];
    
//    [self performSelector:@selector(showImage:) onThread:[NSThread mainThread] withObject:image waitUntilDone:YES];
    
    [self.imageView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
    
//    self.imageView.image = image;
    NSLog(@"---end---");
}

//计算代码段执行时间的第一种方法
-(void)download1
{
    //0.000018
    //0.166099
    
    //1.确定URL
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://img4.duitang.com/uploads/blog/201310/18/20131018213446_smUw4.thumb.700_0.jpeg"];

    NSDate *start = [NSDate date];  //获得当前的时间
    
    //2.根据url下载图片二进制数据到本地
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    NSDate *end = [NSDate date];  //获得当前的时间
    NSLog(@"%f",[end timeIntervalSinceDate:start]);
    
    //3.转换图片格式
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
    
    //4.显示UI
    self.imageView.image = image;
}

//计算代码段执行时间的第二种方法
-(void)download2
{
    //1.确定URL
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://img4.duitang.com/uploads/blog/201310/18/20131018213446_smUw4.thumb.700_0.jpeg"];
    
    CFTimeInterval start = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    
    //2.根据url下载图片二进制数据到本地
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    CFTimeInterval end = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    NSLog(@"end-start = %f---%f---%f",end - start,end,start);
    
    //3.转换图片格式
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
    
    //4.显示UI
    self.imageView.image = image;
}

//更新UI操作
-(void)showImage:(UIImage *)image
{
    self.imageView.image = image;
    NSLog(@"UI----%@",[NSThread currentThread]);
}

@end