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iOS多线程编程指南(一)关于多线程编程 – iOS多线程开发指南 – 梦维

第一章      关于多线程编程 多年来,计算机的最大性能主要受限于它的中心微处理器的速度。然而由于个别处理器已经开始达到它的瓶颈限制,芯片制造商开始转向多核设计,让计算机具有了同时执行多个任务的能力。尽管Mac OS X利用了这些核心优势,在任何时候可以执行系统相关的任务,但自己的应用程序也可以通过多线程方法利用这些优势。 1.1        什么是多线程 多线程是一个比较轻量级的方法来实现单个应用程序内多个代码执行路径。在系统级别内,程序并排执行,系统分配到每个程序的执行时间是基于该程序的所需时间和其他程序的所需时间来决定的。然而在每个应程序的内部,存在一个或多个执行线程,它同时或在一个几乎同时发生的方式里执行不同的任务。系统本身管理这些执行的线程,调度它们在可用的内核上运行,并在需要让其他线程执行的时候抢先打断它们。 从技术角度来看,一个线程就是一个需要管理执行代码的内核级和应用级数据结构组合。内核级结构协助调度线程事件,并抢占式调度一个线程到可用的内核之上。应用级结构包括用于存储函数调用的调用堆栈和应用程序需要管理和操作线程属性和状态的结构。 在非并发的应用程序,只有一个执行线程。该线程开始和结束于你应用程序的main循环,一个个方法和函数的分支构成了你整个应用程序的所有行为。与此相反,支持并发的应用程序开始可以在需要额外的执行路径时候创建一个或多个线程。每个新的执行路径有它自己独立于应用程序main循环的定制开始循环。在应用程序中存在多个线程提供了两个非常重要的的潜在优势: 多个线程可以提高应用程序的感知响应。 多个线程可以提高应用程序在多核系统上的实时性能。 如果你的应用程序只有单独的线程,那么该独立程序需要完成所有的事情。它必须对事件作出响应,更新您的应用程序的窗口,并执行所有实现你应用程序行为需要的计算。拥有单独线程的主要问题是在同一时间里面它只能执行一个任务。那么当你的应用程序需要很长时间才能完成的时候会发生什么呢?当你的代码忙于计算你所需要的值的时候,你的程序就会停止响应用户事件和更新它的窗口。如果这样的情况持续足够长的时间,用户就会误认为你的程序被挂起了,并试图强制退出。如果你把你的计算任务转移到一个独立的线程里面,那么你的应用程序主线程就可以自由并及时响应用户的交互。 当然多线程并不是解决程序性能问题的灵丹妙药。多线程带来好处同时也伴随着潜在问题。应用程序内拥有多个可执行路径,会给你的代码增加更多的复杂性。每个线程需要和其他线程协调其行为,以防止它破坏应用程序的状态信息。因为应用程序内的多个线程共享内存空间,它们访问相同的数据结构。如果两个线程试图同时处理相同的数据结构,一个线程有可能覆盖另外线程的改动导致破坏该数据结构。即使有适当的保护,你仍然要注意由于编译器的优化导致给你代码产生很微妙的(和不那么微妙)的Bug。 1.2        线程术语 在讨论多线程和它支持的相关技术之前,我们有必要先了解一些基本的术语。如果你熟悉Carbon的多处理器服务API或者UNIX系统的话,你会发现本文档里面“任务(task)”被用于不同的定义。在Mac OS的早期版本,术语“任务(task)”是用来区分使用多处理器服务创建的线程和使用Carbon线程管理API创建的线程。在UNIX系统里面,术语“任务(task)”也在一段时间内被用于指代运行的进程。在实际应用中,多处理器服务任务是相当于抢占式的线程。 由于Carbon线程管理器和多处理器服务API是Mac OS X的传统技术,本文件采用下列术语: 线程(线程)用于指代独立执行的代码段。 进程(process)用于指代一个正在运行的可执行程序,它可以包含多个线程。 任务(task)用于指代抽象的概念,表示需要执行工作。     1.3        多线程的替代方法 你自己创建多线程代码的一个问题就是它会给你的代码带来不确定性。多线程是一个相对较低的水平和复杂的方式来支持你的应用程序并发。如果你不完全理解你的设计选择的影响,你可能很容易遇到同步或定时问题,其范围可以从细微的行为变化到严重到让你的应用程序崩溃并破坏用户数据。 你需要考虑的另一个因素是你是否真的需要多线程或并发。多线程解决了如何在同一个进程内并发的执行多路代码路径的问题。然而在很多情况下你是无法保证你所在做的工作是并发的。多线程引入带来大量的开销,包括内存消耗和CPU占用。你会发现这些开销对于你的工作而言实在太大,或者有其他方法会更容易实现。 表1-1列举了多线程的替代方法。该表包含了多线程的替代技术(比如操作对象和GCD)和如何更高效的使用单个线程。 Table 1-1  Alternative technologies to threads Technology Description Operation objects … Continue reading