iOS开发之多线程

进程

什么是进程

进程是指在系统中正在运行的一个应用程序

每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用且受保护的内存空间内

 

比如同时打开QQ、Xcode，系统就会分别启动2个进程

通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程

线程

什么是线程

1个进程要想执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1条线程）

线程是进程的基本执行单元，一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行

比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影，都需要在线程中执行

线程的串行

1个线程中任务的执行是串行的

如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务

也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务

比如在1个线程中下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C）

 

因此，也可以认为线程是进程中的1条执行路径

 

多线程

什么是多线程

1个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务

进程  车间，线程  车间工人

多线程技术可以提高程序的执行效率

比如同时开启3条线程分别下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C）

 

多线程的原理

多线程的原理

同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）

多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）

如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象

思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？

CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源

每条线程被调度执行的频次会降低（线程的执行效率降低）

 

多线程的优缺点

多线程的优点

• 能适当提高程序的执行效率
• 能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）

多线程的缺点

• 开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用1M，子线程占用512KB），如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能
• 线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大
• 程序设计更加复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享

多线程在iOS开发中的应用

什么是主线程

一个iOS程序运行后，默认会开启1条线程，称为“主线程”或“UI线程”

 

主线程的主要作用

显示刷新UI界面

处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）

 

主线程的使用注意

别将比较耗时的操作放到主线程中

耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，给用户一种“卡”的坏体验

iOS中多线程的实现方案

技术方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	一套通用的多线程API 适用于UnixLinuxWindows等系统 跨平台可移植 使用难度大	C	程序员管理	几乎不用
NSThread	使用更加面向对象 简单易用，可直接操作线程对象	OC	程序员管理	偶尔使用
GCD	旨在替代NSThread等线程技术 充分利用设备的多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	基于GCD（底层是GCD） 比GCD多了一些更简单实用的功能 使用更加面向对象	OC	自动管理	经常使用

 

NSThread

创建和启动线程

一个NSThread对象就代表一条线程

创建、启动线程

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];
// 线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法

主线程相关用法

+ (NSThread *)mainThread; // 获得主线程
- (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
+ (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程

其他用法

获得当前线程

NSThread *current = [NSThread currentThread];

线程的调度优先级

+ (double)threadPriority;
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
- (double)threadPriority;
- (BOOL)setThreadPriority:(double)p;

调度优先级的取值范围是0.0 ~ 1.0，默认0.5，值越大，优先级越高

线程的名字

- (void)setName:(NSString *)n;
- (NSString *)name;

其他创建线程方式

创建线程后自动启动线程

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

隐式创建并启动线程

[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];

上述2种创建线程方式的优缺点

优点：简单快捷

缺点：无法对线程进行更详细的设置

线程的状态

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];

控制线程状态

启动线程

- (void)start; 
// 进入就绪状态 -> 运行状态。当线程任务执行完毕，自动进入死亡状态

阻塞（暂停）线程

(void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 进入阻塞状态

强制停止线程

+ (void)exit;
// 进入死亡状态

注意：一旦线程停止（死亡）了，就不能再次开启任务

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

安全隐患示例01 – 存钱取钱

安全隐患示例02 – 卖票

安全隐患分析

安全隐患解决 – 互斥锁

互斥锁使用格式

@synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码  }

注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的

互斥锁的优缺点

优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题

缺点：需要消耗大量的CPU资源

互斥锁的使用前提：多条线程抢夺同一块资源

相关专业术语：线程同步

线程同步的意思是：多条线程按顺序地执行任务

互斥锁，就是使用了线程同步技术

原子和非原子属性

OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择

atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）

nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁

 

atomic加锁原理

@property (assign, atomic) int age;

- (void)setAge:(int)age

{

    @synchronized(self) {

        _age = age;

    }

}

原子和非原子属性的选择

nonatomic和atomic对比

atomic：线程安全，需要消耗大量的资源

nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备

 

iOS开发的建议

• 所有属性都声明为nonatomic
• 尽量避免多线程抢夺同一块资源
• 尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理，减小移动客户端的压力

线程间通信

什么叫做线程间通信

在1个进程中，线程往往不是孤立存在的，多个线程之间需要经常进行通信

 

线程间通信的体现

1个线程传递数据给另1个线程

在1个线程中执行完特定任务后，转到另1个线程继续执行任务

 

线程间通信常用方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

线程间通信示例 – 图片下载

GCD

简介

什么是GCD

全称是Grand Central Dispatch，可译为“牛逼的中枢调度器”

纯C语言，提供了非常多强大的函数

GCD的优势

• GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
• GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
• GCD会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
• 程序员只需要告诉GCD想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

GCD中有2个核心概念

• 任务：执行什么操作
• 队列：用来存放任务

 GCD的使用就2个步骤

1、定制任务

确定想做的事情

2、将任务添加到队列中

GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行

任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出

执行任务

GCD中有2个用来执行任务的函数

1、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

 

2、用异步的方式执行任务

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

 

同步和异步的区别

• 同步：需要等待执行完毕才能返回
• 异步：不需要等待执行完毕立即返回

队列的类型

GCD的队列可以分为2大类型

1、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

 

2、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）

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

同步和异步决定了要不要开启新的线程

• 同步：等待任务完成
• 异步：不等待任务完成，立即返回
  

并发和串行决定了任务的执行方式

• 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

并发队列

GCD默认已经提供了全局的并发队列，供整个应用使用，不需要手动创建

使用dispatch_get_global_queue函数获得全局的并发队列

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(

dispatch_queue_priority_t priority, // 队列的优先级

　　　　　　　unsigned long flags); // 此参数暂时无用，用0即可

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); // 获得全局并发队列

全局并发队列的优先级

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默认（中）

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台

串行队列

GCD中获得串行有2种途径

使用dispatch_queue_create函数创建串行队列

dispatch_queue_t

dispatch_queue_create(const char *label, // 队列名称 

dispatch_queue_attr_t attr); // 队列属性，一般用NULL即可

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cn.itcast.queue", NULL); // 创建

dispatch_release(queue); // 非ARC需要释放手动创建的队列 

使用主队列（跟主线程相关联的队列）

主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列

放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行

使用dispatch_get_main_queue()获得主队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

各种队列的执行效果

线程间通信示例

从子线程回到主线程

dispatch_async(

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    // 执行耗时的异步操作...

      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

        // 回到主线程，执行UI刷新操作

        });

});

延时执行

iOS常见的延时执行有2种方式

调用NSObject的方法

[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];

// 2秒后再调用self的run方法

使用GCD函数

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{

    // 2秒后异步执行这里的代码...

});

一次性代码

使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次

static dispatch_once_t onceToken;

dispatch_once(&onceToken, ^{

    // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)

});

队列组

有这么1种需求

首先：分别异步执行2个耗时的操作

其次：等2个异步操作都执行完毕后，再回到主线程执行操作

 

如果想要快速高效地实现上述需求，可以考虑用队列组

dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    // 执行1个耗时的异步操作

});

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

    // 执行1个耗时的异步操作

});

dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{

    // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程...

});

NSOperation

简介

NSOperation的作用

配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能实现多线程编程

 

NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的具体步骤

• 先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中
• 然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中
• 系统会自动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来
• 将取出的NSOperation封装的操作放到一条新线程中执行

 

NSOperation是个抽象类，并不具备封装操作的能力，必须使用它的子类 

使用NSOperation子类的方式有3种

• NSInvocationOperation
• NSBlockOperation
• 自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

NSInvocationOperation

创建NSInvocationOperation对象

- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;

调用start方法开始执行操作

- (void)start;
一旦执行操作，就会调用target的sel方法

注意

默认情况下，调用了start方法后并不会开一条新线程去执行操作，而是在当前线程同步执行操作

只有将NSOperation放到一个NSOperationQueue中，才会异步执行操作

NSBlockOperation

创建NSBlockOperation对象

+ (id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

通过addExecutionBlock:方法添加更多的操作

- (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block;

注意：只要NSBlockOperation封装的操作数 > 1，就会异步执行操作

NSOperationQueue

NSOperationQueue的作用

NSOperation可以调用start方法来执行任务，但默认是同步执行的

如果将NSOperation添加到NSOperationQueue（操作队列）中，系统会自动异步执行NSOperation中的操作

 

添加操作到NSOperationQueue中

- (void)addOperation:(NSOperation *)op;

- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

最大并发数

什么是并发数

同时执行的任务数

比如，同时开3个线程执行3个任务，并发数就是3

 

最大并发数的相关方法

- (NSInteger)maxConcurrentOperationCount;

- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

队列的取消、暂停、恢复

取消队列的所有操作

- (void)cancelAllOperations;

提示：也可以调用NSOperation的- (void)cancel方法取消单个操作

 

暂停和恢复队列

- (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暂停队列，NO代表恢复队列

- (BOOL)isSuspended;

操作优先级

设置NSOperation在queue中的优先级，可以改变操作的执行优先级

- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;

- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;

优先级的取值

NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,

NSOperationQueuePriorityLow = -4L,

NSOperationQueuePriorityNormal = 0,

NSOperationQueuePriorityHigh = 4,

NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8

操作依赖

NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序

比如一定要让操作A执行完后，才能执行操作B，可以这么写

[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依赖于操作A

可以在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系

 

操作的监听

可以监听一个操作的执行完毕

- (void (^)(void))completionBlock;
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

自定义NSOperation

自定义NSOperation的步骤很简单

重写- (void)main方法，在里面实现想执行的任务

 

重写- (void)main方法的注意点

自己创建自动释放池（因为如果是异步操作，无法访问主线程的自动释放池）

经常通过- (BOOL)isCancelled方法检测操作是否被取消，对取消做出响应

自定义NSOperation下载图片思路