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【iOS】架构师之路~底层原理三 : (多线程、内存管理)

pthread / NSThread /GCD /NSOperation
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14.2GCD的常用函数

GCD中有2个用来执行任务的函数
用同步的方式执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
queue：队列
block：任务

用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

GCD源码：https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch
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14.3 GCD的队列

GCD的队列可以分为2大类型
并发队列（Concurrent Dispatch Queue）
可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

串行队列（Serial Dispatch Queue）
让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）
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14.4 容易混淆的术语

有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行
同步和异步主要影响：能不能开启新的线程
同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力

并发和串行主要影响：任务的执行方式
并发：多个任务并发（同时）执行
串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务

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14.5 各种队列的执行效果

14.6 GCD队列组的使用

14.7 多线程的安全隐患

资源共享
1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源
比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件

当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题
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14.8 多线程安全隐患的解决方案

14.9 iOS中的线程同步方案线程安全.线程锁

解决方案: 使用线程同步技术(同步,就是协同步调,按预定的先后次序进行) 常见线程同步技术: 加锁

OSSpinLock
os_unfair_lock
pthread_mutex
dispatch_semaphore
dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
NSLock
NSRecursiveLock
NSCondition
NSConditionLock
@synchronized

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14.10 OSSpinLock (自旋锁) 不安全

14.11 OSUnfairLock (互斥锁) 运行效率最高

14.12 pthread_mutex

mutex 互斥锁,等待锁的线程会处于休眠状态

14.13 NSLock、NSRecursiveLock

14.14 NSCondition

14.15 dispatch_queue (SerialQueue)

使用GCD串行队列,实现同步

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14.16 dispatch_semaphore (信号量) 可以用于控制最大并发数量

semaphore叫做”信号量”
信号量的初始值，可以用来控制线程并发访问的最大数量
信号量的初始值为1，代表同时只允许1条线程访问资源，保证线程同步

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14.17 @synchronized (互斥锁)

@synchronized是对mutex递归锁的封装
源码查看：objc4中的objc-sync.mm文件
@synchronized(obj)内部会生成obj对应的递归锁，然后进行加锁、解锁操作
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14.18 iOS线程同步方案性能比较

os_unfair_lock  ios10 开始
OSSpanLock      ios10 废弃
dispatch_semaphore  
dispatch_mutex
dispatch_queue   串行
NSLock  对 mutex 封装
@synchronized 最差
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14.19 自旋锁、互斥锁比较

什么情况使用自旋锁比较划算？
预计线程等待锁的时间很短
加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生
CPU资源不紧张
多核处理器

什么情况使用互斥锁比较划算？
预计线程等待锁的时间较长
单核处理器
临界区有IO操作
临界区代码复杂或者循环量大
临界区竞争非常激烈
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14.20 Atomic 和 Noatomic

atomic用于保证属性setter、getter的原子性操作，相当于在getter和setter内部加了线程同步的锁
可以参考源码objc4的objc-accessors.mm
它并不能保证使用属性的过程是线程安全的
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14.21 多线程读写线程安全方案

思考如何实现以下场景
同一时间，只能有1个线程进行写的操作
同一时间，允许有多个线程进行读的操作
同一时间，不允许既有写的操作，又有读的操作

上面的场景就是典型的“多读单写”，经常用于文件等数据的读写操作，iOS中的实现方案有
pthread_rwlock：读写锁
dispatch_barrier_async：异步栅栏调用
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14.22 pthread_rwlock

14.23 dispatch_barrier_async

十五. 内存管理

15.1 CADisplayLink、NSTimer使用注意

CADisplayLink 保证调用频率和刷帧频率一直,60FPS, 不用设置时间间隔,每秒钟60次
    可以使用 proxy 代理解决循环引用
    
    CADisplayLink、NSTimer会对target产生强引用，如果target又对它们产生强引用，那么就会引发循环引用
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解决方案1.使用block

解决方案2.使用代理对象（NSProxy）

15.2 NSProxy 也属于基类

代理,用于解决循环引用,,用于消息转发,不会在父类查找方法
NSObject 和 NSProxy 区别
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15.3 GCD定时器

NSTimer依赖于RunLoop，如果RunLoop的任务过于繁重，可能会导致NSTimer不准时
而GCD的定时器会更加准时,GCD定时器,不依赖 Runloop ,会很准时,依赖内核
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15.4 iOS 程序的内存布局

低地址-> 高地址
保留->代码段->数据段(字符串常量,已初始化全局数据,未初始化数据)>堆->栈内存-> 内核区域
代码段: 编译之后的代码
数据段: 字符串常量,已经初始化的全局变量,或者静态变量,未初始化的全局变量,静态变量
堆 (低>高)  通过 alloc malloc calloc 动态分配的内存

栈 (高地址 从 低地址)  函数调用开销()
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15.5 Tagged Pointer

从64bit开始，iOS引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储

在没有使用Tagged Pointer之前， NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值

使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中

当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据

objc_msgSend能识别Tagged Pointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销

如何判断一个指针是否为Tagged Pointer？
iOS平台，最高有效位是1（第64bit）
Mac平台，最低有效位是1
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判断是否为Tagged Pointer

15.6 OC对象的内存管理

在iOS中，使用引用计数来管理OC对象的内存

一个新创建的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间

调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1

内存管理的经验总结
当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它
想拥有某个对象，就让它的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让它的引用计数-1

可以通过以下私有函数来查看自动释放池的情况
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

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15.7 copy和mutableCopy

15.8 引用计数器的存储 retaincount

15.9 dealloc

15.10 autoreleasePool 自动释放池

自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage

调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的

源码分析
-clang重写@autoreleasepool
-objc4源码：NSObject.mm
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15.11 AutoreleasePoolPage的结构

调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈，并且返回其存放的内存地址

调用pop方法时传入一个POOL_BOUNDARY的内存地址，会从最后一个入栈的对象开始发送release消息，直到遇到这个POOL_BOUNDARY

id *next指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域
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15.12 runloop 和 autoreleasePool

iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer
-第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()
-第2个Observer
    监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush()
    监听了kCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()
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原文 https://juejin.im/post/5d9f3eb0e51d4577ec4eb977

正文到此结束