iOS并发编程

iOS平台并发编程介绍

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1. iOS平台并发编程 iOS平台并发编程介绍以及常⻅见问题分析 @blankyao 13年1月17⽇日星期四
2. 并发（Concurrent ） vs 并⾏行（Parallelism） 13年1月17⽇日星期四
3. 13年1月17⽇日星期四
4. • Concurrency is about dealing with lots of things at once.Parallelism is about doing lots of things at once. • Not the same, but related. • One is about structure, one is about execution. • Concurrency provides a way to structure a solution to solve a problem that may (but not necessarily) be parallelizable. 13年1月17⽇日星期四
5. • Concurrency is about dealing with lots of things at once.Parallelism is about doing lots of things at once. • Not the same, but related. • One is about structure, one is about execution. • Concurrency provides a way to structure a solution to solve a problem that may (but not necessarily) be parallelizable. Concurrency is not Parallelism 13年1月17⽇日星期四
6. iOS平台的并发编程模型 13年1月17⽇日星期四
7. • 原⽣生线程 - NSThread - POSIX Threads - NSObject • GCD • Operation Queue 13年1月17⽇日星期四
8. 原⽣生线程 13年1月17⽇日星期四
9. 原⽣生线程 NSThread [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(myThreadMainMethod:) toTarget:self withObject:nil]; 13年1月17⽇日星期四
10. 原⽣生线程 POSIX Threads pthread_attr_t attr; pthread_t posixThreadID; int returnVal; returnVal = pthread_attr_init(&attr); assert(!returnVal); returnVal = pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); assert(!returnVal); int threadError = pthread_create(&posixThreadID, &attr, &PosixThreadMainRoutine, NULL); returnVal = pthread_attr_destroy(&attr); @interface PhotoUploadTask() { FILE *cfile; } 13年1月17⽇日星期四
11. 原⽣生线程 NSObject [self performSelectorInBackground:@selector(saveLog:) withObject:logStr]; 13年1月17⽇日星期四
12. 原⽣生线程 线程池 13年1月17⽇日星期四
13. 原⽣生线程 线程池 1. 线程的创建和销毁不是free的 2. 线程的数量要控制（占资源） 3. 实现⽤用户级别的调度/控制 why? 13年1月17⽇日星期四
14. 原⽣生线程 线程池 how? 1. 线程池管理器(ThreadPoolManager):⽤用于创建并管理线程池 2. ⼯工作线程(WorkThread):线程池中线程 3. 任务接⼝口(Task):每个任务必须实现的接⼝口，以供⼯工作线程 调度任务的执⾏行 4. 任务队列(TaskQueue):⽤用于存放没有处理的任务，提供⼀一种 缓冲机制 13年1月17⽇日星期四
15. Task Queue Completed Tasks Tread Pool 13年1月17⽇日星期四
16. 原⽣生线程 iOS的线程池 • GCD • Operation Queue 13年1月17⽇日星期四
17. GCD (Grand Central Dispatch) 13年1月17⽇日星期四
18. Thread 1 Thread 2 Block A Thread 3 Block B Thread Pool Concurrent Queue 13年1月17⽇日星期四
19. GCD • dispatch_async • dispatch_queue_create • dispatch_get_global_queue • dispatch_get_main_queue 13年1月17⽇日星期四
20. GCD dispatch_async dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ [self doSomethingOnMainThread]; }); 13年1月17⽇日星期四
21. GCD dispatch_get_main_queue dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ [self doSomethingOnMainThread]; }); 13年1月17⽇日星期四
22. GCD dispatch_get_global_queue dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ [data writeToFile: cacheFilePath atomically:YES]; }); 13年1月17⽇日星期四
23. GCD dispatch_queue_create dispatch_queue_create("_some_task", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); 13年1月17⽇日星期四
24. GCD block的内存问题 @property (nonatomic, copy) void(^successBlock)(void) 13年1月17⽇日星期四
25. GCD block的内存问题 self.block = ^{ [self doSomething]; }; 13年1月17⽇日星期四
26. GCD block的内存问题 self.block = ^{ [self doSomething]; }; 循环引⽤用 13年1月17⽇日星期四
27. GCD block的内存问题 self.block = ^{ [self doSomething]; }; 循环引⽤用 ！！！ 13年1月17⽇日星期四
28. GCD block的内存问题 __block typeof(self) bself = self; self.block = ^{ [bself doSomething]; }; 13年1月17⽇日星期四
29. GCD block的内存问题 __block typeof(self) bself = self; self.block = ^{ [bself doSomething]; }; - (void)dealloc { self.block = nil; [super dealloc]; } 13年1月17⽇日星期四
30. GCD block的内存问题 __weak typeof(self) bself = self; self.block = ^{ [bself doSomething]; }; ⾮非ARC环境替代⽅方案 https://github.com/mikeash/MAZeroingWeakRef 13年1月17⽇日星期四
31. GCD block的内存问题 __weak typeof(self) bself = self; self.block = ^{ [bself doSomething]; }; ARC only ⾮非ARC环境替代⽅方案 https://github.com/mikeash/MAZeroingWeakRef 13年1月17⽇日星期四
32. Operation Queue 13年1月17⽇日星期四
33. Operation Queue [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{ [self doSomethingOnMainThread]; }]; 13年1月17⽇日星期四
34. CLHttpRequest.h @interface CLHttpRequest : NSOperation @end CLRequestManager.m - (void)addHttpRequest:(CLHttpRequest *)aRequest { [[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:aRequest]; } Operation Queue 13年1月17⽇日星期四
35. NSOperation Operation Queue MyOperation.h @interface MyOperation : NSOperation @end MyOperation.m @implementation MyOperation - (void)main { //do anything you want } @end 13年1月17⽇日星期四
36. NSOperation Operation Queue NSInvocationOperation NSBlockOperation MyOperation.h @interface MyOperation : NSOperation @end MyOperation.m @implementation MyOperation - (void)main { //do anything you want } @end 13年1月17⽇日星期四
37. 好处 Operation Queue • OOP（官⽅方推荐） • 任务对象接⼝口⽐比较多（NSOperation） • 可以设置依赖 • 可以设置最⼤大并发数 13年1月17⽇日星期四
38. 好处 Operation Queue • OOP（官⽅方推荐） • 任务对象接⼝口⽐比较多（NSOperation） • 可以设置依赖 • 可以设置最⼤大并发数 @interface NSOperationQueue : NSObject { - (void)addOperation:(NSOperation *)op; - (void)addOperations:(NSArray *)ops waitUntilFinished: (BOOL)wait - (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); - (NSArray *)operations; - (NSUInteger)operationCount NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); - (NSInteger)maxConcurrentOperationCount; - (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt; - (void)setSuspended:(BOOL)b; - (BOOL)isSuspended; - (void)setName:(NSString *)n NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); - (NSString *)name NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); - (void)cancelAllOperations; - (void)waitUntilAllOperationsAreFinished; + (id)currentQueue NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); + (id)mainQueue NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); @end 13年1月17⽇日星期四
39. 好处 Operation Queue • OOP（官⽅方推荐） • 任务对象接⼝口⽐比较多（NSOperation） • 可以设置依赖 • 可以设置最⼤大并发数 13年1月17⽇日星期四
40. 同步 13年1月17⽇日星期四
41. shared memory 13年1月17⽇日星期四
42. 引⽤用计数已经⼤大⼤大减⼩小了同步的难度 13年1月17⽇日星期四
43. 锁 13年1月17⽇日星期四
44. 互斥 可⻅见 13年1月17⽇日星期四
45. @synchronized @synchronized(anObj) { // Everything between the braces is protected by the @synchronized directive. } 13年1月17⽇日星期四
46. Mutex BOOL moreToDo = YES; NSLock *theLock = [[NSLock alloc] init]; ... while (moreToDo) { /* Do another increment of calculation */ /* until there’s no more to do. */ if ([theLock tryLock]) { /* Update display used by all threads. */ [theLock unlock]; } } 13年1月17⽇日星期四
47. Recursive lock NSRecursiveLock *theLock = [[NSRecursiveLock alloc] init]; void MyRecursiveFunction(int value) { [theLock lock]; if (value != 0) { --value; MyRecursiveFunction(value); } [theLock unlock]; } MyRecursiveFunction(5); 13年1月17⽇日星期四
48. NSConditionLock producer.m thread: id condLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:NO_DATA]; while(YES) { [condLock lock]; /* Add data to the queue. */ [condLock unlockWithCondition:HAS_DATA]; } consumer thread: while (YES) { [condLock lockWhenCondition:HAS_DATA]; /* Remove data from the queue. */ [condLock unlockWithCondition:(isEmpty ? NO_DATA : HAS_DATA)]; // Process the data locally. } 13年1月17⽇日星期四
49. Read-write lock - (id)objectAtIndex:(NSUInteger)index { __block id obj; dispatch_sync(self.concurrent_queue, ^{ obj = [self.arrayobjectAtIndex:index]}); return obj; } - (void)insertObject:(id)obj atIndex:(NSUInteger)index { dispatch_barrier_async(self.concurrent_queue, ^{ [self.array insertObject:obj atIndex:index]; }); } @end 13年1月17⽇日星期四
50. ⼀一切问题都搞定了吗？ 13年1月17⽇日星期四
51. • 不配对 • 太少 • 太多 • 顺序不对 • 死锁 锁带来的问题 13年1月17⽇日星期四
52. 原⼦子操作 13年1月17⽇日星期四
53. OSAtomicAdd32 OSAtomicAdd32Barrier OSAtomicAdd64 OSAtomicAdd64Barrier OSAtomicIncrement32 OSAtomicIncrement32Barrier OSAtomicIncrement64 OSAtomicIncrement64Barrier OSAtomic... 13年1月17⽇日星期四
54. ⽆无锁 13年1月17⽇日星期四
55. ⽆无锁 ⽆无阻塞型同步 13年1月17⽇日星期四
56. CAS int compare_and_swap (int* reg, int oldval, int newval) { int old_reg_val = *reg; if (old_reg_val == oldval) *reg = newval; return old_reg_val; } 13年1月17⽇日星期四
57. • Spin Lock • Seqlock • Read-Copy-Update http://code.oa.com/v2/weima/share 13年1月17⽇日星期四
58. 13年1月17⽇日星期四
59. • 减少争⽤用 • 使⽤用读写锁 • 减少锁（使⽤用原⼦子操作或⽀支持并发的数 据结构） • 减⼩小锁的粒度 13年1月17⽇日星期四
60. 要注意的问题 13年1月17⽇日星期四
61. 不要让主线程太累 13年1月17⽇日星期四
62. 不要让主线程太累 autorelease pool（⾮非主线程要⾃自⼰己搞，GCD除外） 13年1月17⽇日星期四
63. 不要让主线程太累 autorelease pool（⾮非主线程要⾃自⼰己搞，GCD除外） 正确的使⽤用volatile 13年1月17⽇日星期四
64. 不要让主线程太累 autorelease pool（⾮非主线程要⾃自⼰己搞，GCD除外） 正确的使⽤用volatile 效率问题（ T = S + P/N） 13年1月17⽇日星期四
65. 不要让主线程太累 autorelease pool（⾮非主线程要⾃自⼰己搞，GCD除外） 正确的使⽤用volatile ⽣生命周期 效率问题（ T = S + P/N） 13年1月17⽇日星期四
66. ⽣生命周期 13年1月17⽇日星期四
67. ⽣生命周期 Run Loop 13年1月17⽇日星期四
68. ⽣生命周期 Run Loop A run loop is an event processing loop that you use to schedule work and coordinate the receipt of incoming events. 13年1月17⽇日星期四
69. ⽣生命周期 Run Loop A run loop is an event processing loop that you use to schedule work and coordinate the receipt of incoming events. The purpose of a run loop is to keep your thread busy when there is work to do and put your thread to sleep when there is none. 13年1月17⽇日星期四
70. - (void)skeletonThreadMain { // Set up an autorelease pool here if not using garbage collection. BOOL done = NO; // Add your sources or timers to the run loop and do any other setup. do { // Start the run loop but return after each source is handled. SInt32 result = CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 10, YES); // If a source explicitly stopped the run loop, or if there are no // sources or timers, go ahead and exit. if((result == kCFRunLoopRunStopped) || (result == kCFRunLoopRunFinished)) done = YES; // Check for any other exit conditions here and set the // done variable as needed. } while (!done); // Clean up code here. Be sure to release any allocated autorelease pools. } 13年1月17⽇日星期四
71. Green Thread （Cocoa原⽣生不⽀支持） 13年1月17⽇日星期四
72. •Native Threads (1:1) •Green Threads (1:N) •Hybrid (M:N) 线程模型 13年1月17⽇日星期四
73. • Green Thread：co-operative • Native Thread：pre-emptive 调度⽅方式 13年1月17⽇日星期四
74. ✓创建开销⼩小（不是系统线程） ✓调度开销⼩小（⽤用户级的调度） ✓⽆无须锁来做数据同步 优点 vs 缺点 ★不能充分利⽤用多核 ★⼀一个阻塞操作会阻塞所有的 13年1月17⽇日星期四
75. 参考资料 • http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/Cocoa/Conceptual/Multithreading/ Introduction/Introduction.html • https://developer.apple.com/library/mac/#documentation/Performance/Reference/ GCD_libdispatch_Ref/Reference/reference.html • http://developer.apple.com/library/ios/documentation/General/Conceptual/ ConcurrencyProgrammingGuide/ • http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-concurrent/ • http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp04186/ • http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163744.aspx • http://concur.rspace.googlecode.com/hg/talk/concur.html#landing-slide • http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-concurrent/index.html • http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-lockfree/index.html • http://en.wikipedia.org/wiki/Thread_%28computer_science%29 13年1月17⽇日星期四
76. 讨论 13年1月17⽇日星期四