iOS開發之我所理解的多線程
前言
多線程開發在iOS中有著舉足輕重的位置，學習好多線程是每一個iOS Developer必須要掌握的技能。今天就聊一聊多線程的相關知識。
1.基本概念
進程
- 進程代表當前運行的一個程序
- 是系統分配資源的基本單位
- 每個進程之間是獨立的，每個進程均運行在其專用且受保護的內存空間內
- 比如同時打開QQ、Xcode，系統就會分別啟動2個進程
- 進程可以理解為一個工廠
- 通過“活動監視器”可以查看Mac系統中所開啟的進程
線程
- 線程是進程的基本執行單元，一個進程（程序）的所有任務都在線程中執行
- 一個進程含有一個線程或多個線程
- 應用程序打開后會默認開辟一個線程叫做主線程或者UI線程
- 比如使用酷狗播放音樂、使用迅雷下載電影，都需要在線程中執行
- 線程可以理解為工廠里的工人
串行
- 多個任務按順序執行
- 類似于一個窗口辦公排隊
- 也就是說，在同一時間內，1個線程只能執行1個任務
- 比如在1個線程中下載3個文件（分別是文件A、文件B、文件C）就要依次執行
并行
- 多個任務同一時間一起執行
- 類似于多個窗口辦公
- 比如同時開啟3條線程分別下載3個文件（分別是文件A、文件B、文件C），同時執行
并發
- 很多人容易認為并發和并行是一個意思，但實際上他們有本質的區別
- 并發看起來像多個任務同一時間一起執行
- 但實際上是CPU快速的輪轉切換造成的假象
多線程
- 本質
- 在一個進程中開啟多個線程并發執行
- 原理
- 同一時間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執行）
- 多線程并發（同時）執行，其實是CPU快速地在多條線程之間調度（切換）
- 如果CPU調度線程的時間足夠快，就造成了多線程并發執行的假象 </ul> </li>
- 優點
- 能適當提高程序的執行效率
- 能適當提高資源利用率（CPU、內存利用率） </ul> </li>
-
缺點
- 線程需要耗費系統資源
- 主線程需要消耗棧空間的1MB資源
- 其他線程每個消耗512KB資源
-
程序設計更加復雜：比如線程之間的通信、多線程的數據共享
-
不推薦過多使用
</ul> </li>
</ul>
- 概念
- 一個iOS程序運行后，默認會開啟1條線程，稱為“主線程”或“UI線程”
- 作用
- 顯示\刷新UI界面
- 處理UI事件（比如點擊事件、滾動事件、拖拽事件等） </ul> </li>
- 注意
- 別將比較耗時的操作放到主線程中
- 耗時操作會卡住主線程，嚴重影響UI的流暢度，給用戶一種“卡”的壞體驗 </ul> </li> </ul>
- 放到主線程
- 因為在主線程中的任務是按照順序依次執行的
- 如果把耗時操作放在主線程里，會等待它執行完后才能執行其他操作
- 如果在等待執行完畢的時間里點擊了其他控件就會給用于一種卡住的感覺，嚴重影響用戶體驗
- 放到子線程
- 在用戶點擊按鈕的時候就會做出反應
- 兩個線程同時執行，互不影響
- 簡單了解
耗時操作的執行
iOS中多線程的實現方案
2.多線程實現
PThread
- (IBAction)buttonClick:(id)sender { pthread_t thread; pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);pthread_t thread2; pthread_create(&thread2, NULL, run, NULL);}
void run(void param) { for (NSInteger i = 0; i<50000; i++) { NSLog(@"------buttonClick---%zd--%@", i, [NSThread currentThread]); } return NULL; }</code></pre>
NSThread
-
基本創建方法
-
一個NSThread對象就代表一條線程
- 創建、啟動線程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadAction) object:nil];// 需要手動開啟線程 [thread start];</code></pre>
- 主線程相關用法
// 獲得主線程- (NSThread *)mainThread;
// 是否為主線程
- (BOOL)isMainThread;
// 是否為主線程
- (BOOL)isMainThread;</code></pre>
- 獲得當前線程
NSThread *current = [NSThread currentThread];- 線程的名字
- (void)setName:(NSString *)name; - (NSString *)name;</code></pre>
-
其他創建方法
-
創建線程后自動啟動線程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadAction)toTarget:self withObject:nil] -
隱式創建并啟動線程
[self performSelectorInBackground:@selector(threadAction) withObject:nil];
-
- 上述2種創建線程方式的優缺點
- 優點：簡單快捷
- 缺點：無法對線程進行更詳細的設置 </ul> </li> </ul>
- 概念
- 全稱是Grand Central Dispatch，可譯為“牛逼的中樞調度器”
- 純C語言，提供了非常多強大的函數
- 優勢
- GCD是蘋果公司為多核的并行運算提出的解決方案
- GCD會自動利用更多的CPU內核（比如雙核、四核）
- GCD會自動管理線程的生命周期（創建線程、調度任務、銷毀線程）
- 程序員只需要告訴GCD想要執行什么任務，不需要編寫任何線程管理代碼 </ul> </li> </ul>
- 任務：執行什么操作
-
隊列：用來存放任務
-
GCD的使用就2個步驟
- 定制任務
- 確定想做的事情
-
將任務添加到隊列中
- GCD會自動將隊列中的任務取出，放到對應的線程中執行
- 任務的取出遵循隊列的FIFO原則：先進先出，后進后出 </ul> </li> </ul>
- GCD中有2個用來執行任務的函數
- 用同步的方式執行任務
執行任務
// queue：隊列 // block：任務 - 用異步的方式執行任務
GCD中有2個核心概念
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);</code></pre>
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);- 同步和異步的區別
- 同步：只能在當前線程中執行任務，不具備開啟新線程的能力
- 異步：可以在新的線程中執行任務，具備開啟新線程的能力
隊列的類型
-
GCD的隊列可以分為2大類型
-
并發隊列（Concurrent Dispatch Queue）
-
可以讓多個任務并發（同時）執行（自動開啟多個線程同時執行任務）
并發功能只有在異步（dispatch_async）函數下才有效
-
-
串行隊列（Serial Dispatch Queue）
- 讓任務一個接著一個地執行（一個任務執行完畢后，再執行下一個任務） </ul> </li> </ul> </li> </ul>
- 有4個術語比較容易混淆：同步、異步、并發、串行
-
同步和異步主要影響：能不能開啟新的線程
- 同步：在當前線程中執行任務，不具備開啟新線程的能力
- 異步：在新的線程中執行任務，具備開啟新線程的能力
-
并發和串行主要影響：任務的執行方式
- 并發：多個任務并發（同時）執行
- 串行：一個任務執行完畢后，再執行下一個任務 </ul> </li> </ul>
- GCD默認已經提供了全局的并發隊列，供整個應用使用，不需要手動創建
- 使用dispatch_get_global_queue函數獲得全局的并發隊列
dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue( dispatch_queue_priority_t priority, // 隊列的優先級 unsigned long flags); // 此參數暫時無用，用0即可 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); // 獲得全局并發隊列 - 全局并發隊列的優先級
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默認（中）
define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低
define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后臺</code></pre> </li>
</ul>
串行隊列
- GCD中獲得串行有2種途徑
使用dispatch_queue_create函數創建串行隊列 dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, // 隊列名稱 dispatch_queue_attr_t attr); // 隊列屬性，一般用NULL即可 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cn.itcast.queue", NULL); // 創建 dispatch_release(queue); // 非ARC需要釋放手動創建的隊列- 使用主隊列（跟主線程相關聯的隊列）
- 主隊列是GCD自帶的一種特殊的串行隊列
- 放在主隊列中的任務，都會放到主線程中執行
- 使用dispatch_get_main_queue()獲得主隊列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
各種隊列的執行效果
- 注意：
- 使用sync函數往當前串行隊列中添加任務，會卡住當前的串行隊列
線程間通信示例
- 從子線程回到主線程
dispatch_async( dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ // 執行耗時的異步操作... dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ // 回到主線程，執行UI刷新操作 }); });延時執行
-
iOS常見的延時執行有2種方式
-
調用NSObject的方法
[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0]; // 2秒后再調用self的run方法 -
使用GCD函數
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{ // 2秒后異步執行這里的代碼... });
隊列組
-
有這么1種需求
- 首先：分別異步執行2個耗時的操作
- 其次：等2個異步操作都執行完畢后，再回到主線程執行操作
-
如果想要快速高效地實現上述需求，可以考慮用隊列組
</ul>
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ // 執行1個耗時的異步操作 }); dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ // 執行1個耗時的異步操作 }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ // 等前面的異步操作都執行完畢后，回到主線程... });</code></pre>
寫單例使用的線程
- 使用dispatch_once函數能保證某段代碼在程序運行過程中只被執行1次
static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ // 只執行1次的代碼(這里面默認是線程安全的) });
單例模式
-
作用
-
可以保證在程序運行過程，一個類只有一個實例，而且該實例易于供外界訪問
從而方便地控制了實例個數，并節約系統資源
-
-
使用場合
- 在整個應用程序中，共享一份資源（這份資源只需要創建初始化1次） </ul> </li>
-
單例模式在ARC\MRC環境下的寫法有所不同，需要編寫2套不同的代碼
- 可以用宏判斷是否為ARC環境 </ul>
#if __has_feature(objc_arc) // ARCelse
// MRC
endif</code></pre>
單例模式（ARC）
// 在.m中保留一個全局的static的實例 static id _instance; // 重寫allocWithZone:方法，在這里創建唯一的實例（注意線程安全） + (id)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone { @synchronized(self) { if (!_instance) { _instance = [super allocWithZone:zone]; } } return _instance; }- 提供1個類方法讓外界訪問唯一的實例
+ (instancetype)sharedSoundTool { @synchronized(self) { if (!_instance) { _instance = [[self alloc] init]; } } return _instance; }- 實現copyWithZone:方法
- (id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone { return _instance; }單例模式 – MRC
- MRC里，單例模式的實現（比ARC多了幾個步驟）
- 實現內存管理方法
- (id)retain { return self; } - (NSUInteger)retainCount { return 1; } - (oneway void)release {} - (id)autorelease { return self; }NSOperation
- NSOperation 是蘋果公司對 GCD 的封裝，完全面向對象，所以使用起來更好理解。 大家可以看到 NSOperation 和 NSOperationQueue 分別對應 GCD 的 任務 和 隊列 。操作步驟也很好理解
- 系統為我們提供了NSOperation的子類我們可以直接使用
// NSInvocationOperation *operation1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(operationAction) object:nil]; NSBlockOperation *operation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ NSLog(@"haha ----- %@", [NSThread currentThread]); }]; // 隊列 NSOperationQueue *operationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init]; // 任務1完事以后才執行任務2 [operation2 addDependency:operation1]; // 設置最大并發數() operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 4; [operationQueue addOperationWithBlock:^{ NSLog(@"hello ------ %@", [NSThread currentThread]); }]; [operationQueue addOperation:operation1]; [operationQueue addOperation:operation2];NSOperation 對比 GCD
- GCD效率更高，使用起來也很方便
- NSOperation面向對象，可讀性更高，架構更清晰，對于復雜多線程場景，如并發中存在串行，和設置最大并發數,擁有現在的API，使用起來特別簡單
3.線程的狀態
控制線程的狀態
- 啟動線程
// 進入就緒狀態->運行狀態。 當線程執行完畢自動進入死亡狀態。 - (void)start;- 阻塞（暫停）線程
// 進入阻塞狀態 + (void)sleepUntilData:(NSDate *)data; + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;- 強制停止狀態
// 進入死亡狀態 + (void)exit;- 注意
- 一旦線程停止（死亡）了，就不能再次開啟任務
多線程的安全隱患問題
- 1塊資源可能會被多個線程共享，也就是多個線程可能會訪問同一塊資源
- 比如多個線程訪問同一個對象、同一個變量、同一個文件
- 當多個線程訪問同一塊資源時，很容易引發數據錯亂和數據安全問題
- 比如下面這個例子
- 線程A從內存中拿出一個Integer類型的值，為17；進行加1操作后變為18，然后返回給內存
- 線程B同時從內存中拿出一個Integer類型的值，為17；進行加1操作后變為18，然后返回給內存
- 出現的問題就是分別在兩個線程中做了加1操作，然而最后的結果只顯示了一次加1的結果，出現了數據錯亂的問題，正確結果應該是變為20
- 解決方案，使用互斥鎖
- 線程A進入內存讀取值得時候先加一把鎖，讓外界無法拿到17進行修改，等線程A對17做完加1操作后返回給內存后，在解鎖
- 此時如果線程B來內存中想要修改17的時候，發現上了鎖，只能等待線程A做完操作后才能修改值，而A操作完后此時的值已經變成了18，B從內存中要修改的話，直接從內存中拿到的就是18，開始修改，然后加鎖不讓其他線程進來。改完過后，在解鎖。方便下一個線程進來修改。。
互斥鎖
- 使用前提
- 多條線程搶奪同一塊資源
- 相關專業術語
- 線程同步
- 互斥鎖使用格式
@synchronized(鎖對象) { //需要鎖定的代碼 }- 注意：
- 鎖定1份代碼只用一把鎖，用多把鎖是無效的
- 為了保證唯一性，鎖對象一般填self
- 互斥鎖的優缺點
- 優點：
- 能有效防止因多線程搶奪資源造成的數據安全問題
- 缺點
- 需要消耗大量的CPU資源
- 優點：
線程間通信
- 概念
- 在1個進程中，線程往往不是孤立存在的，多個線程之間需要經常進行通信
- 表現
- 1個線程傳遞數據給另1個線程
- 在1個線程中執行完特定任務后，轉到另1個線程繼續執行任務
- 線程間通信常用方法
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thread withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;-
例子
- 在子線程中做耗時的操作，比如下載圖片
- 在子線程中操作完后要回到主線程做UI的刷新操作（顯示圖片）
最后
多線程在開發中非常重要，非常重要，非常重要，一定要熟練掌握。
來自：http://www.jianshu.com/p/1325b91a1f1a
-
并發隊列
容易混淆的術語
-
GCD
-
主線程
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