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多线程

一、进程

进程是指在系统中正在运行的一个应用。一般说来，一个进程就是一个运行的应用。
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。

二、线程

一个进程想要执行任务，就必须得有线程（每一个进程至少要有1条线程）
一个进程（程序）的所有的任务都在线程中执行（可以认为线程就是进程中的执行路径）

三、线程的串行

一个线程中的所有任务都是串行的
如果要在一个线程中执行多个任务，则必须一个一个地按顺序执行。
也就是说，在同一时间内，一个线程只能执行一个任务

四、多线程

一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。

五、多线程的原理

CPU在同一时间只能处理一条线程，换句话说，在同一时间，只有一条线程在工作（执行）。
多线程的并发（同时）执行，其实是CPU快度地在多线程之间调度（切换）。
如果CPU的调度线程的速度足够快，就会造成多线程并发（同时）执行的假象。

六、多线程的优缺点

1.优点：

能够适当的提高程序的执行效率
能够适当的提高资源的利用率（CPU、内存利用率等）

2.缺点：

创建线程是有开销的，iOS下主要成本包括：内核数据结构（大约1KB）、栈空间（子线程512KB、主线程1MB，也可以使用-setStackSize:设置，单必须是4k的倍数，而且最小是16k），创建线程大约需要90毫秒的创建时间。
如果开启大量的线程，会降低程序的性能。
线程越多，CPU就会在调度线程上的开销越大。
线程越多，程序的设计就会更加的复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享。

七、主线程

一个程序运行后，默认会开启一跳线程，此线程称为“主线程”或者“UI线程”。
主线程的作用：1.显示、刷新界面。2.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：1.别将比较耗时的操作放在主线程，如果有耗时操作，将其放在子线程（后台线程）中去。

八、多线程的实现

NSThread（OC语言）
GCD（C语言）
NSOperation（OC语言）

九、NSThread

1.创建、启动线程（object是run方法的参数）

NSThread *thrad = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"HP"];
    [thrad start];

线程一启动（start），就会在线程thread中调用self的run方法。

2.主线相关用法：

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

3.其他用法：

获得当前线程：[NSThread currentThread];
设置线程的名字： - (void)setName:(NSString *)name;
获取线程的名字： - (NSString *)name;

4.其他创建线程方式：

创建线程后自动启动线程(此方式是没有返回值的)：[NSThread detachNewThreadSelector:@Selector(run) toTarget:self WithObject:nil];
隐式创建线程(此方式是没有返回值的)：[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
此两种方式创建线程的优点：简单快捷；缺点：由于没有返回值，所以无法对线程进行更详细的设置。

5.线程的状态

线程创建后会进入可调度线程池中等待CPU调度。

线程的启动：- (void)start; 当线程的任务执行完毕就会自动进入死亡（指创建的线程对象为局部变量时）。
阻塞（暂停）线程：（1）+(void)sleepUntilDate:(NSDate *)date; (2) +(void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
强制停止线程： +(void)exit;
注意：一旦线程停止（死亡）了，就不能再次开启，只能重新创建。

6.线程的安全隐患

资源共享
- 一块资源可能会被多个线程共享。
- 比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件。

7.线程安全隐患的解决---互斥锁

互斥锁使用格式
- @synchronized（锁对象）{ // 需要锁定的代码 }
- 注意：锁定一份代码只能用一把锁，用多把锁是无效的的。
互斥锁的优缺点：
- 优点：能够有效的防止多线程抢夺资源造成的安全问题。
- 缺点：需要消耗大量的CPU资源（因为互斥锁锁定一段代码，别的线程需要等待解锁进入）。
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：多条线程在同一条线上执行（按顺序地执行任务）。
- 互斥锁就是使用了线程同步技术。

8.原子和非原子-----atomic和nonatmoic

atomic：线程安全（系统默认会在setter方法加锁），需要消耗大量资源。
nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备。

9.线程间的通信

线程间通信常用的方法：
- - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait
- NSPort、NSMessagePort、NSMachPort(了解)

十、Grand Central Dispatch（GCD，大中枢调度）

1.GCD介绍

纯C语言编写。
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CPU的多核（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要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码。

2.任务和队列

GCD中的2个概念：
- 任务：执行什么操作。
- 队列：用来存放任务。

GCD的使用步骤（2步）：
- 定制任务：确定想做的事情。
- 将任务添加到队列中：
  - GCD会自动将队列中的任务取出来放到对应的线程中执行。
  - 任务的取出遵循队列的FIFO的原子：先进先出，后进后出。

执行任务：GCD中有两个用来执行任务的常用函数。
- 同步的方式执行：dispatch_sync(<#dispatch_queue_t queue#>, <#^(void)block#>)，其中，queue:队列，block：任务。
- 异步的方式执行：dispatch_async(<#dispatch_queue_t queue#>, <#^(void)block#>)。

同步和异步的区别：
- 同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。
- 异步：可以在新的线程中执行任务，具备开新线程的能力（如果遇到主队列，则不会开新线程）。

队列类型：GCD的队列可以分为2大类型。
- 并发队列（Concurrent Dispatch Queue）：
  - 允许多个任务并发（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）。

容易混淆的术语：同步、异步、并行、串行
- 同步和异步的主要区别：能不能开启新的线程。
  - 同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。
  - 异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。
- 并发和串行的主要区别：任务的执行方式。
  - 并发：允许多个任务并发（同时）执行。
  - 串行：一个任务执行完毕后，再执行下个任务。

并发队列：
- 使用dispatch_queue_create函数创建队列：dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr);
  - const char *label ：设置队列的名字。
  - dispatch_queue_attr_t attr ：设置队列的类型（Concurrent Dispatch Queue、Serial Dispatch Queue）。
- 使用GCD默认提供的全局并发队列。
  - 使用dispatch_get_global_queue(<#long identifier#>, <#unsigned long flags#>)函数获得全局的并发队列。identifier:表示优先级；flags：传0，为将来备用，苹果推荐传0。
串行队列：
- 使用dispatch_queue_create函数创建队列：设置队列的类型（Concurrent Dispatch Queue、Serial Dispatch Queue）为NULL，即可得到串行队列。
- 使用主队列（跟主线程相关的队列）：
  - 主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列。
  - 放在主队列的任务，都会放到主线程中执行（所以异步执行也不是一定开新线程）。
  - 使用dispatch_get_main_queue()获得主队列。

各种队列执行效果
注意：
- 使用sync函数往当前串行队列中添加任务，将会卡主当前的串行队列。

3.线程间的通信

从子线程回归主线程

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 执行耗时异步操作...
        
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
           // 回归主线程，刷新UI界面...
        });
    });

4.常用函数

barrier在一个并发队列中创建一个同步点。

// 当在并发队列中，在barrier之前任务执行结束后才会执行barrier的函数，barrier执行结束后才会执行barrier后面的任务。
// 这里指定的并发队列需要通过dispatch_queue_create函数创建的。如果你传的是一个串行队列或者全局并发队列，这个函数等同dispatch_async函数。 
dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

延迟函数

performSelector延迟函数

// aSelector：延迟执行的方法； anArgument：执行方法的参数；delay： 延迟执行的时间
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;

dispatch_after延迟函数

    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)2 * NSEC_PER_SEC), dispatch_get_main_queue(), ^{
    });

NSTimer定时器延迟

    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(delayRun) userInfo:nil repeats:NO];

一次性代码

dispatch_once:保证某段代码在整个程序运行过程中只被执行一次。

    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        // 执行一次性代码（默认是线程安全的）
    });

快速迭代

Dispatch_apply：能够进行快速迭代遍历

// size_t iterations：迭代的次数； dispatch_queue_t queue：队列（并发）；
    dispatch_apply(10, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0),^(size_t index) {
        // 执行10次，index顺序不确定
    });

队列组

首次执行队列组中任务，等队列组中所有任务执行完后，执行dispatch_group_notify函数中的任务。

 dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        // 执行耗时异步操作
        NSLog(@"----------1操作----------");
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        // 执行耗时异步操作
        NSLog(@"----------2操作----------");
        
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        // 执行耗时异步操作
        NSLog(@"----------3操作----------");
        
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        // 执行耗时异步操作
        NSLog(@"----------4操作----------");
        
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        // 执行耗时异步操作
        NSLog(@"----------5操作----------");
        
    });
    
    // 此函数也是异步操作，并且也是新开线程
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        // 此组（group）里面所有的异步任务都操作完后，执行此函数任务
        NSLog(@"group组里面所有的任务都已经做完%@", [NSThread currentThread]);
    });

十一、NSOperation

1.具体步骤：

先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中（NSOperation就是存放任务的）
然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中（NSOperationQueue为队列）
系统会自动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来
将取出的NSOperation封装的操作（任务）放到一条新线程中执行

2.NSOperation的使用：NSOperation是一个抽象类，并不具备封装操作的能力，必须使用它的子类来操作，方式如下：

NSInvocationOperation

// 1.创建 NSInvocationOperation 对象
    NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    
    // 2.调用 start 方法开始执行操作
    [operation start];
    
    // 注意：默认情况下，调用start方法后不会去开启一条新线程，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
 NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"下载1------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
// 添加更多的操作
    [operation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"下载2------%@", [NSThread currentThread]);
        
    }];
    
    [operation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"下载3------%@", [NSThread currentThread]);
        
    }];
    
    [operation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"下载4------%@", [NSThread currentThread]);
        
    }];
    
// 开始执行
    [operation start];

// 注意：只要NSBlockOperation封装的任务操作 > 1，就会异步执行操作。

自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

3.NSOperationQueue

队列的类型

/*
     NSOperationQueue 队列类型
     1. 主队列：[NSOperationQueue mainQueue];
     2. 其他队列：[[NSOperationQueue alloc]init];
     */

NSOperation可以调用start方法执行任务，但默认是同步执行的。
如果将NSOperation添加到NSOperationQueue中，系统会自动异步执行NSOperation中的操作。

添加操作到NSOperationQueue中

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

     // 直接利用block执行耗时操作
     [queue addOperationWithBlock:^{
        // 直接在此处添加任务操作，相当于创建了operation
        NSLog(@"开新线程执行耗时操作...");
     }];

    // 创建 NSInvocationOperation 对象
    NSInvocationOperation *opration1 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(downPicture1) object:nil];
    NSInvocationOperation *opration2 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(downPicture2) object:nil];
    
    // 创建 NSBlockOperation 对象
    NSBlockOperation *operation3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"下载图片3------------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [operation3 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"下载图片3-1------------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [operation3 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"下载图片3-2------------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    NSBlockOperation *operation4 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"下载图片4------------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [operation3 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"下载图片4-1------------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [operation3 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"下载图片4-2------------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 自定义Opetation，继承NSOperation类
    HPCustomOperation *operaton5 = [[HPCustomOperation alloc]init];

    // 加入队列中的操作是并发执行
    [queue addOperations:@[opration1, opration2, operation3, operation4, operaton5] waitUntilFinished:NO];
    NSLog(@"--------------------------------------");
}

- (void)downPicture1 {
    NSLog(@"下载图片1------------%@", [NSThread currentThread]);
}

- (void)downPicture2 {
    NSLog(@"下载图片2------------%@", [NSThread currentThread]);
}

最大并发队列（实际是控制队列是串行还是并行）

    // 并发执行，最多同时执行三条线程
    queue.maxConcurrentOperationCount = 3;
    // 串行队列
    queue.maxConcurrentOperationCount = 1;
    // 无并发性，队列中操作不会执行
    queue.maxConcurrentOperationCount = 0;
    
    // 总结：> 1 时即可为并发队列；= 1 时为串行队列；不设置，默认为并发队列，最大并发执行数由系统默认。

NSOperationQueue 的挂起和取消

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    // 暂时挂起
    queue.suspended = YES;

    // 线程取消
    [queue cancelAllOperations];

    // 注意：1. 线程队列取消，会停止接下来的任务，对于已经执行未完成的任务是不会立刻停止的。　　         2. 如果是自定义Operation，则实际是调用自定义Operation内部的cancelled方法。
            3. 如果是自定义Operation，队列取消时，建议在每次执行耗时操作都来判断下，该任务所在队列是否经行了取消操作。

NSOperation 的依赖和监听

    // 依赖函数
    - (void)addDependency:(NSOperation *)op;
    // 移除依赖
    - (void)removeDependency:(NSOperation *)op;

    // 监听函数（监听某个任务操作完成后做什么。。。）
    @property (nullable, copy) void (^completionBlock)(void)
    
    NSBlockOperation *operation1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务1");
    }];
    NSBlockOperation *operation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务2");
    }];
    NSBlockOperation *operation3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务3");
    }];
    NSBlockOperation *operation4 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务4");
    }];
    NSBlockOperation *operation5 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            NSLog(@"执行任务5");
        }
    }];
    NSBlockOperation *operation6 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务6");
    }];
    
    // 依赖: operation3依赖于operation1、2、5 任务，必须等operation1、2、5三个任务做完了才会执行operation3
    [operation3 addDependency:operation1];
    [operation3 addDependency:operation2];
    [operation3 addDependency:operation5];
    
    // 监听: 监听operation3 任务操作执行完，才会执行此block中操作
    [operation3 setCompletionBlock:^{
        NSLog(@"operation3已经执行完了");
    }];
    
    [queue addOperations:@[operation1, operation2, operation3, operation4, operation5, operation6] waitUntilFinished:NO];

NSOperation 线程间的通信

   // 线程间的通信：子线程做耗时操作，结束后回归主线程，做刷新UI界面操作。      
   NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    [queue addOperationWithBlock:^{ // 子线程执行耗时操作
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://www.zhlzw.com/sj/UploadFiles_9645/201208/20120819210352682.jpg"];
        
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
        
        // 回归主线程，刷新UI界面
        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            self.img.image = image;
        }];
    }];

此文章为个人笔记，方便自己以及有需要的朋友查看，转载请注明出处！

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