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iOS如何高效的使用多线程-创新互联

一、多线程简述

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线程是程序执行流的最小单元，一个线程包括：独有ID，程序计数器 (Program Counter)，寄存器集合，堆栈。同一进程可以有多个线程，它们共享进程的全局变量和堆数据。

这里的 PC (Program Counter) 指向的是当前的指令地址，通过 PC 的更新来运行我们的程序，一个线程同一时刻只能执行一条指令。当然我们知道线程和进程都是虚拟的概念，实际上 PC 是 CPU 核心中的寄存器，它是实际存在的，所以也可以说一个 CPU 核心同一时刻只能执行一个线程。

不管是多处理器设备还是多核设备，开发者往往只需要关心 CPU 的核心数量，而不需关心它们的物理构成。CPU 核心数量是有限的，也就是说一个设备并发执行的线程数量是有限的，当线程数量超过 CPU 核心数量时，一个 CPU 核心往往就要处理多个线程，这个行为叫做线程调度。

线程调度简单来说就是：一个 CPU 核心轮流让各个线程分别执行一段时间。当然这中间还包含着复杂的逻辑，后文再来分析。

二、多线程的优化思路

在移动端开发中，因为系统的复杂性，开发者往往不能期望所有线程都能真正的并发执行，而且开发者也不清楚 XNU 何时切换内核态线程、何时进行线程调度，所以开发者要经常考虑到线程调度的情况。

1、减少线程切换

当线程数量超过 CPU 核心数量，CPU 核心通过线程调度切换用户态线程，意味着有上下文的转换（寄存器数据、栈等），过多的上下文切换会带来资源开销。虽然内核态线程的切换理论上不会是性能负担，开发中还是应该尽量减少线程的切换。

2、线程优先级权衡

通常来说，线程调度除了轮转法以外，还有优先级调度的方案，在线程调度时，高优先级的线程会更早的执行。有两个概念需要明确：

  • IO 密集型线程：频繁等待的线程，等待的时候会让出时间片。
  • CPU 密集型线程：很少等待的线程，意味着长时间占用着 CPU。

特殊场景下，当多个 CPU 密集型线程霸占了所有 CPU 资源，而它们的优先级都比较高，而此时优先级较低的 IO 密集型线程将持续等待，产生线程饿死的现象。当然，为了避免线程饿死，系统会逐步提高被“冷落”线程的优先级，IO 密集型线程通常情况下比 CPU 密集型线程更容易获取到优先级提升。

虽然系统会自动做这些事情，但是这总归会造成时间等待，可能会影响用户体验。所以笔者认为开发者需要从两个方面权衡优先级问题：

  • 让 IO 密集型线程优先级高于 CPU 密集型线程。
  • 让紧急的任务拥有更高的优先级。

比如一个场景：大量的图片异步解压的任务，解压的图片不需要立即反馈给用户，同时又有大量的异步查询磁盘缓存的任务，而查询磁盘缓存任务完成过后需要反馈给用户。

图片解压属于 CPU 密集型线程，查询磁盘缓存属于 IO 密集型线程，而后者需要反馈给用户更加紧急，所以应该让图片解压线程的优先级低一点，查询磁盘缓存的线程优先级高一点。

值得注意的是，这里是说大量的异步任务，意味着 CPU 很有可能满负荷运算，若 CPU 资源绰绰有余的情况下就没那个必要去处理优先级问题。

3、主线程任务的优化

有些业务只能写在主线程，比如 UI 类组件的初始化及其布局。其实这方面的优化就比较多了，业界所说的性能优化大部分都是为了减轻主线程的压力，似乎有些偏离了多线程优化的范畴了，下面就基于主线程任务的管理大致罗列几点吧：

  • 内存复用

通过内存复用来减少开辟内存的时间消耗，这在系统 UI 类组件中应用广泛，比如 UITableViewCell 的复用。同时，减少开辟内存意味着减少了内存释放，同样能节约 CPU 资源。

  • 懒加载任务

既然 UI 组件必须在主线程初始化，那么就需要用时再初始化吧，swift 的写时复制也是类似的思路。

  • 任务拆分排队执行

通过监听 Runloop 即将结束等通知，将大量的任务拆分开来，在每次 Runloop 循环周期执行少量任务。其实在实践这种优化思路之前，应该想想能不能将任务放到异步线程，而不是用这种比较极端的优化手段。

  • 主线程空闲时执行任务
//这里是主线程上下文

`dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

//等到主线程空闲执行该任务

});

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