iOS开发：多线程之理解任务和队列

Posted 2022-08-30 wuwuFQ

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了iOS开发：多线程之理解任务和队列相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

本文着重点是任务和队列，线程是什么？多线程有什么用？怎么正确使用任务和队列？案例使用GCD讲解。

进程和线程

进程：它是操作系统分配资源的基本单元，是在系统中正在运行的一个程序，可以理解为手机上的一个app；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，拥有独立运行的全部资源。
线程：程序执行流的最小单元，线程是进程中的一个实体；一个进程要想执行任务，必须至少有一条线程，应用程序启动的时候，系统会默认开启一条线程，也就是主线程。
进程和线程的关系：线程是进程的执行单元，进程的所有任务都在线程中执行；线程是CPU分配资源和调度的最小单位；一个程序可以对应多个进程（多进程），一个进程可以对应多个线程，但至少有一个线程；同一个进程内的线程共享进程资源

线程是进程的执行单元，一个进程至少有一个线程。

多进程和多线程

多进程：进程是程序在计算机上的一次执行活动。当你运行一个程序，你就启动了一个进程。在同一个时间里，同一个计算机系统中如果允许两个或两个以上的进程处于运行状态，这便是多进程。
多线程：同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在执行。多线程并发执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）。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。

多线程的优点: 能适当提高程序的执行效率能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）；

多线程的缺点: 开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用 1M，子线程占用 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，CPU会在N多线程之间调度，消耗大量的CPU资源，每条线程被调度执行的频次会降低。

任务和队列

任务：就是执行操作的意思，也就是在线程中执行的业务代码。在GCD中是放在block中的。执行任务有两种方式：同步执行（sync）和异步执行（async）。
- 同步(Sync)：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力，任务立刻马上执行，会阻塞当前线程并等待 Block 中的业务代码执行完毕 dispatch 函数才会返回，然后当前线程才会继续往下运行。
- 异步(Async)：可以在新的线程中执行任务，具备开启线程的能力，但不一定会开启新的线程，dispatch 函数会立即返回, 然后Block在后台异步执行，即当前线程会直接往下执行，不会阻塞当前线程。
队列（Dispatch Queue）：这里的队列指执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列。队列是一种特殊的线性表，采用 FIFO（先进先出）的原则，即新任务总是被插入到队列的末尾，而读取任务的时候总是从队列的头部开始读取。分为串行队列和并行队列。
- 串行队列（Serial Dispatch Queue）：同一时间内，队列中只能执行一个任务，只有当前的任务执行完成之后（Block中的业务代码执行完毕），才能执行下一个任务。
- 并发(并行)队列（Concurrent Dispatch Queue）：同时允许多个任务并发执行（不会等待Block中的业务代码执行完毕）。（可以开启多个线程，并且同时执行任务）。并发队列的并发功能只有在异步dispatch_async函数下才有效。

串行队列

串行队列里面只会有一个线程，按序执行。

//创建串行队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

并发队列

并发队列可以存在多个线程。

//创建并行队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

全局并发队列

本质是一个并发队列，由系统提供，方便编程，可以不用创建就直接使用。

//获取全局并发队列
/**
   第一个参数:优先级 也可直接填后面的数字
   #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高
   #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默
   #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低
   #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台
   第二个参数: 预留参数  0
*/
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

主队列

本质是一个串行队列，专门负责调度主线程，添加到主队列的任务不会开启新的线程。

//获取主队列
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

正确使用线程

以上都是对线程的理解，执行任务需要开启线程，线程在队列里面按序执行，接下来我们看看实际的应用

任务	并发队列	串行队列	主队列
同步(sync)	没有开启新线程串行执行任务	没有开启新线程串行执行任务	串行执行任务死锁卡住不执行
异步(async)	有开启新线程并发执行任务	有开启新线程(1条) 串行执行任务	没有开启新线程串行执行任务

这是六种最基本的排列组合，我们一一讲解。

并发队列

并发 + 同步(sync)

- (void)syncConcurrent 
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"wuwuFQ：syncConcurrent---Begin");
    //创建并行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_sync(queue, ^
        //        任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_sync(queue, ^
        //        任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_sync(queue, ^
        //        任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    NSLog(@"wuwuFQ：syncConcurrent---End");

首先明确一点，同步（sync）会阻塞线程等待block回调，并且是不具备开启线程能力的，即使放在并发队列里面，还是需要当前线程也就是主线程去执行任务的

所以结论是：并发+同步 = 没有开启新线程，串行执行任务

并发 + 异步(async)

- (void)asyncConcurrent 
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"wuwuFQ：asyncConcurrent---Begin");
    //创建并行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^
        //        任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_async(queue, ^
        //        任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_async(queue, ^
        //        任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    NSLog(@"wuwuFQ：asyncConcurrent---End");

这个组合是我们开发过程中经常使用的，异步(async)开启了新线程，并行队列不会阻塞线程，不会等待block的回调，CPU在几个线程之间快速切换，我运行了多次，每次的执行顺序都不通。

所以结论是：并发+异步 = 开启了新线程，并发执行任务

串行队列

串行 + 同步(sync)

- (void)syncSerial 
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"wuwuFQ：syncSerial---Begin");
    //创建串行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_sync(queue, ^
        //        任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_sync(queue, ^
        //        任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_sync(queue, ^
        //        任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    //        任务4
	for (int i = 0; i < 2; ++i)  
        NSLog(@"wuwuFQ：4---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
    
    NSLog(@"wuwuFQ：syncSerial---End");

同步不具备开启新线程能力，任务都在主线程按序执行

所以结论是：串行+同步 = 没有开启新线程，串行执行任务

串行 + 异步(async)

- (void)asyncSerial 
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"wuwuFQ：asyncSerial---Begin");
    //创建串行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^
        //        任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_async(queue, ^
        //        任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_async(queue, ^
        //        任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    //        任务4
    for (int i = 0; i < 2; ++i) 
        NSLog(@"wuwuFQ：4---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
    
    NSLog(@"wuwuFQ：asyncSerial---End");

异步具有开启新线程的能力，但是在串行队列里面任务1、2、3只开启了一个线程，任务1、2、3在子线程按顺序执行，任务4在主线程里面，CPU在两个线程之间快速切换，所以任务4的打印会穿插在任务1、2、3中间，但任务1、2、3的执行顺序不会变。

所以结论是：串行+异步 = 开启了一个新线程，串行执行任务

主队列

主队列 + 同步(sync)

- (void)syncMainQueue 
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"wuwuFQ：syncMainQueue---Begin");
    //创建并行队列
    dispatch_queue_t main_queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(main_queue, ^
        //        任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_sync(main_queue, ^
        //        任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_sync(main_queue, ^
        //        任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    NSLog(@"wuwuFQ：syncMainQueue---End");

主队列负责管理主线程，不会创建新的线程，创建的1、2、3任务遵循FIFO（先进先出）插入到队尾最后执行，但是任务是同步执行，所以后面的任务需要等待任务1、2、3的执行，而任务1、2、3却在队列的队尾要等待前面的任务执行，这样线程就会卡主，造成死锁。而程序也会报错: __DISPATCH_WAIT_FOR_QUEUE__

所以结论是：主队列+同步 = 阻塞主线程，死锁

主队列 + 异步(async)

- (void)asyncMainQueue 
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"wuwuFQ：asyncMainQueue---Begin");
    //创建并行队列
    dispatch_queue_t main_queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(main_queue, ^
        //        任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_async(main_queue, ^
        //        任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    dispatch_async(main_queue, ^
        //        任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) 
            NSLog(@"wuwuFQ：3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
    );
    NSLog(@"wuwuFQ：asyncMainQueue---End");

主队列不会创建新的线程，首先任务1、2、3会被插入到主队列尾部，然后任务异步执行，无需等待block回调，主线程按序执行，最后执行任务1、2、3。

所以结论是：主队列+异步 = 没有开启新线程，串行执行任务

以上是关于iOS开发：多线程之理解任务和队列的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

iOS开发：多线程之理解任务和队列

iOS开发之多线程重点总结

Objective-C IOS多线程之GCD深入理解

iOS 多线程之GCD的使用

iOS多线程之GCD的基本使用

iOS多线程之5.GCD的基本使用