多线程编程指南

### 多线程编程指南知识点概述 #### 一、多线程编程概念及重要性 **多线程**是现代软件开发中一个重要的概念和技术，它允许程序中的多个任务同时运行，极大地提高了程序的效率和响应速度。多线程编程通过对计算机硬件资源的有效利用，可以在多核处理器环境下实现真正的并行计算。 #### 二、多线程的基本原理与术语 1. **什么是多线程** - 多线程是指在一个程序中可以同时运行多个执行路径，每个执行路径称为一个**线程**。 - 每个线程都拥有独立的栈空间，共享相同的全局变量和静态变量等数据。 2. **线程术语** - **线程**: 是进程中的一个执行单元，是最小的可调度单位。 - **进程**: 一个正在运行的应用程序实例。 - **并发**: 系统允许多个任务在同一时间段内交替运行。 - **并行**: 系统允许多个任务同时运行。 3. **多线程的替代方法** - 单线程模型：所有任务顺序执行。 - 进程模型：使用多个进程来实现任务的并发执行。 - 多线程模型：使用多个线程实现任务的并发执行。 #### 三、多线程的支持与管理 1. **线程支持** - **线程包**：提供了一套标准的API用于创建和管理线程。 - **RunLoops**：管理线程的生命周期，控制线程的运行和暂停。 - **同步工具**：如锁、条件变量等，用于解决多线程环境下的资源共享问题。 - **线程间通信**：线程之间通过消息传递等方式进行通信。 2. **设计技巧** - **避免显式创建线程**：利用框架提供的机制来创建线程。 - **保持线程合理的忙**：合理分配任务，避免线程空闲。 - **避免共享数据结构**：减少数据竞争，提高程序的稳定性和安全性。 - **多线程和用户界面**：确保UI线程不会被阻塞。 - **了解线程退出时的行为**：正确处理线程结束时的资源释放。 - **处理异常**：在线程中捕获并处理异常。 - **干净地中断线程**：使用合适的方法来终止线程。 - **线程安全的库**：选择和使用线程安全的库。 3. **线程管理** - **线程成本**：创建和销毁线程的开销较大。 - **创建线程**：可以通过多种方式创建线程，包括使用`NSThread`、POSIX线程等。 - **配置线程属性**：如栈大小、本地存储、脱离状态和优先级。 - **编写线程主体入口点**：为线程设置异常处理、RunLoop以及自动释放池。 - **中断线程**：正确且安全地中断线程。 #### 四、RunLoop详解 1. **RunLoop剖析** - **RunLoop模式**：定义了线程的工作模式，如默认模式、网络接收模式等。 - **输入源**：处理来自不同源的事件，如定时器事件、文件描述符事件等。 2. **何时使用RunLoop** - RunLoop主要用于管理线程的生命周期，使线程能够在等待事件时进入休眠状态，节省系统资源。 3. **使用RunLoop对象** - **获得RunLoop对象**：获取当前线程的RunLoop。 - **配置RunLoop**：添加输入源、计时器等。 - **启动RunLoop**：使RunLoop开始运行。 - **退出RunLoop**：停止RunLoop运行。 - **线程安全和RunLoop对象**：确保RunLoop对象在多线程环境下的正确使用。 4. **配置RunLoop的源** - **定义自定义输入源**：根据需求定制输入源。 - **配置定时源**：用于定期执行任务。 - **配置基于端口的输入源**：处理网络通信等事件。 #### 五、线程同步 1. **同步工具** - **原子操作**：确保操作不可分割。 - **内存屏障和Volatile变量**：保证数据的可见性。 - **锁**：防止多个线程同时访问共享资源。 - **条件**：线程之间的同步机制。 - **执行Selector例程**：用于实现特定的功能。 2. **同步的成本和性能** - 同步操作可能会带来额外的开销，但为了保证程序的正确性，这些开销是必要的。 3. **线程安全设计技巧** - **完全避免同步**：在可能的情况下不使用同步机制。 - **了解同步的限制**：认识到同步机制并不是万能的。 - **注意对代码正确性的威胁**：避免常见的同步错误。 - **当心死锁和活锁**：正确处理线程间的等待和竞争。 - **正确使用Volatile变量**：确保变量的可见性和有序性。 4. **使用原子操作** - 在某些情况下，可以使用原子操作来替代锁，以减少锁带来的性能损耗。 5. **使用锁** - **使用POSIX互斥锁**：提供了细粒度的锁控制。 - **使用NSLock类**：Objective-C提供的锁类。 - **使用@synchronized指令**：简化锁的使用。 - **使用其他Cocoa锁**：提供了更高级别的锁功能。 6. **使用条件** - **使用NSCondition类**：提供了条件变量的功能。 - **使用POSIX条件**：提供了底层条件变量的支持。 #### 六、线程安全总结 - **基础框架**：Foundation Framework提供了大量的线程安全接口和类。 - **ApplicationKit框架**：提供了与用户界面相关的线程安全机制。 - **CoreData框架**：处理数据库操作时的线程安全问题。 - **CoreFoundation（核心框架）**：提供了底层的线程安全支持。 多线程编程是软件开发中一个复杂而重要的主题，它涉及到多方面的技术和设计考虑。正确理解和应用多线程编程的原则和技巧对于开发高效稳定的软件系统至关重要。