詳解多線程(概念篇——進程、線程以及多線程原理)

多線程在我們的開發中佔據重要位置,爲了系統的總結多線程,我們在這一節中詳細的剖析多線程,由淺入深,全面理解多線程。
拒絕搬磚,源碼親測,git上有源碼。

本節知識點:

相關概念

  1. 進程
  2. 線程
  3. 多線程
    3.1 單核CPU和多核CPU
    3.2 爲什麼需要多線程?
    3.3 多線程原理
  4. 主線程
  5. 併發、並行、串行、同步、異步、隊列
1.進程

什麼是進程?
在手機系統中,每一個應用程序就是一個進程。進程之間互相隔離,運行在自己的受保護的內存中。

2. 線程

每一個進程如果想要正常運行,至少要有一個線程,必須要有的這個線程我們一般稱爲『主線程』。
一個進程可以有很多個線程。線程之間也是可以互相通信的。


3. 多線程
3.1 單核CPU和多核CPU

我們都知道計算機最重要的部件CPU,就像人類的大腦一樣,控制着計算機的各種工作。計算機的五大部件還記得嗎?運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出。CPU就是把運算器和控制器組合到一起,再加上寄存器和CPU總線構成的。

我們現在使用的CPU大部分都是單個多核CPU,CPU的核與我們今天研究的線程有什麼關係呢?
單核CPU
一個CPU只有一個核心 。
多核CPU
一個CPU有多個核心。

一個核心同時只能處理一個線程。
3.2 爲什麼需要多線程?

我們知道,一個線程中,任務是順序執行的。一個任務結束了,才能執行下一個任務。我們的CPU有多個核心,而且一個核心同一時間只能處理一個線程。那麼就有問題了,如果只有一個線程,就需要一個核心就可以了,其他核心就不需要了,這不是資源的浪費嗎?

只有單個線程的情況:


有了多線程以後:


因爲我們的CPU有了多個核心這個前提,我們的多線程才能夠提高效率。如果我們的CPU只有一個核心,這個核心在不同的線程之間切換,不但不會提高效率還會因爲切換線程的開銷而降低效率。

3.3 多線程原理

同一時間,CPU的一個內核只能處理一個線程,也就是說,CPU同一時間能夠處理的線程數是由CPU的內核決定的。
那麼,我們開啓了多個線程,CPU是如何工作的呢?
多條線程的併發執行,其實是CPU快速的在多條線程之間調度,造成多線程並行的假象。

通俗一點講,我們的計算機只有一個CPU,假如這個CPU有4個內核,我們現在有3個正在運行的線程,那麼就可能有一個內核閒置,其他三個線程是真正的併發。
如果我們開啓了10個線程,那麼我們的內核就不夠了,難道要等其他線程執行完了再執行等待的線程嗎?萬一這個線程很着急,或者前面未執行的線程很耗時,豈不是很影響體驗。就像,我們的手機卡死了,我們點啊,點啊,手指頭都痛了,它依然沒反應,是不是很生氣?
這個時候,我們的CPU會把內核的使用權限分成一個個的時間片,10個線程就像10個小朋友一樣排排坐,然後輪流使用cpu,不至於大家有意見。當然,這只是大致描述,真實的CPU調度還是要複雜的多。
我們的系統只有一個CPU,但是我們卻又很多的應用程序,同一時間我們也會開啓很多應用,比如我一邊聽歌,一邊和朋友聊天,就有可能開啓音樂和聊天兩個應用,CPU不可能只爲某一個應用服務,所以真實的CPU使用情況會更加的複雜。

4. 主線程

一個進程中最重要的線程,也是不可或缺的線程。當程序啓動的時候,自動創建了主線程。主線程在整個APP生命週期內一直存在,且一直運行。主線程用來更新UI,處理點擊、滑動等觸發事件。


5. 併發、並行、串行、同步、異步、隊列
5.1 併發

在一個時間段內,幾個線程同時執行,其實是CPU在線程之間快速切換,幾個線程輪流使用CPU的結果。

5.2 並行

在一個時間點,注意,是時間點,幾個線程同時進行。比如,CPU有8個內核,目前有3個線程分別在3個內核中執行,這三個線程就是並行。

5.3 串行

線程一個接一個的執行。比如有ABC三個線程,A執行完執行B,B執行完執行C,ABC就是串行。

5.4 同步

在當前線程中執行任務,不具備開啓新線程的能力。

5.5 異步

在新的線程中執行任務,具備開啓新線程的能力。

5.6 隊列

隊列是對線程進行管理的。有串行隊列,主隊列,併發隊列等。

本章小結

本節中,對於多線程中涉及到的概念進行了全面的理解,這些理解也是參考了很多網友的成果總結而來的。如果有什麼偏差,還請指教。
下一節,一起學習多線程的實現方案吧。在iOS中,我們常用的有:

  1. NSThread(OC)
  2. GCD(C語言)
  3. NSOperation(OC)

還有一個 C語言的pthread(C語言)也可以實現多線程。

有什麼問題,歡迎留言討論。

下一節:詳解多線程(實現篇)

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