本文主要是分享iOS多线程的相关内容，为了更系统的讲解，将分为以下7个方面来展开描述。
- 多线程的基本概念
- 线程的状态与生命周期
- 多线程的四种解决方案：pthread，NSThread，GCD，NSOperation
- 线程安全问题
- NSThread的使用
- GCD的理解与使用
- NSOperation的理解与使用
一、多线程的基本概念
- 进程：可以理解成一个运行中的应用程序，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础，主要管理资源。
- 线程：是进程的基本执行单元，一个进程对应多个线程。
主线程：处理UI，所有更新UI的操作都必须在主线程上执行。不要把耗时操作放在主线程，会卡界面。多线程：在同一时刻，一个CPU只能处理1条线程，但CPU可以在多条线程之间快速的切换，只要切换的足够快，就造成了多线程一同执行的假象。- 线程就像火车的一节车厢，进程则是火车。车厢（线程）离开火车（进程）是无法跑动的，而火车（进程）至少有一节车厢（主线程）。多线程可以看做多个车厢，它的出现是为了提高效率。
- 多线程是通过提高资源使用率来提高系统总体的效率。
- 我们运用多线程的目的是：将耗时的操作放在后台执行！
二、线程的状态与生命周期
下图是线程状态示意图，从图中可以看出线程的生命周期是：新建 - 就绪 - 运行 - 阻塞 - 死亡
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下面分别阐述线程生命周期中的每一步
- 新建：实例化线程对象
- 就绪：向线程对象发送start消息，线程对象被加入可调度线程池等待CPU调度。
- 运行：CPU 负责调度可调度线程池中线程的执行。线程执行完成之前，状态可能会在就绪和运行之间来回切换。就绪和运行之间的状态变化由CPU负责，程序员不能干预。
- 阻塞：当满足某个预定条件时，可以使用休眠或锁，阻塞线程执行。sleepForTimeInterval（休眠指定时长），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥锁）。
- 死亡：正常死亡，线程执行完毕。非正常死亡，当满足某个条件后，在线程内部中止执行/在主线程中止线程对象
- 还有线程的exit和cancel
- [NSThread exit]：一旦强行终止线程，后续的所有代码都不会被执行。
- [thread cancel]取消：并不会直接取消线程，只是给线程对象添加 isCancelled 标记。
三、多线程的四种解决方案
多线程的四种解决方案分别是：pthread，NSThread，GCD， NSOperation。
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四、线程安全问题
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。就好比几个人在同一时修改同一个表格，造成数据的错乱。
解决多线程安全问题的方法
- 方法一：互斥锁（同步锁）
@synchronized(锁对象) {
// 需要锁定的代码
}
判断的时候锁对象要存在，如果代码中只有一个地方需要加锁，大多都使用self作为锁对象，这样可以避免单独再创建一个锁对象。
加了互斥做的代码，当新线程访问时，如果发现其他线程正在执行锁定的代码，新线程就会进入休眠。
- 方法二：自旋锁
加了自旋锁，当新线程访问代码时，如果发现有其他线程正在锁定代码，新线程会用死循环的方式，一直等待锁定的代码执行完成。相当于不停尝试执行代码，比较消耗性能。
属性修饰atomic本身就有一把自旋锁。
下面说一下属性修饰nonatomic 和 atomic
nonatomic 非原子属性,同一时间可以有很多线程读和写
atomic 原子属性(线程安全)，保证同一时间只有一个线程能够写入(但是同一个时间多个线程都可以取值)，atomic 本身就有一把锁(自旋锁)
atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
nonatomic：非线程安全，不过效率更高，一般使用nonatomic
五、NSThread的使用
不怎么用，暂时先无视
六、GCD的理解与使用
No.1：GCD的特点
- GCD会自动利用更多的CPU内核
- GCD自动管理线程的生命周期（创建线程，调度任务，销毁线程等）
- 程序员只需要告诉 GCD 想要如何执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码
No.2：GCD的基本概念
- 任务（block）：任务就是将要在线程中执行的代码，将这段代码用block封装好，然后将这个任务添加到指定的执行方式（同步执行和异步执行），等待CPU从队列中取出任务放到对应的线程中执行。
- 同步（sync）：一个接着一个，前一个没有执行完，后面不能执行，不开线程。
- 异步（async）：开启多个新线程，任务同一时间可以一起执行。异步是多线程的代名词
- 队列：装载线程任务的队形结构。(系统以先进先出的方式调度队列中的任务执行)。在GCD中有两种队列：串行队列和并发队列。
- 并发队列：线程可以同时一起进行执行。实际上是CPU在多条线程之间快速的切换。（并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效）
- 串行队列：线程只能依次有序的执行。
- GCD总结：将任务(要在线程中执行的操作block)添加到队列(自己创建或使用全局并发队列)，并且指定执行任务的方式(异步dispatch_async，同步dispatch_sync)
No.3：GCD的使用
由于有多种队列（串行/并发/主队列）和两种执行方式（同步/异步），所以他们之间可以有多种组合方式。
- 串行同步
执行完一个任务，再执行下一个任务。不开启新线程。 - 串行异步
开启新线程，但因为任务是串行的，所以还是按顺序执行任务。 - 并发同步
因为是同步的，所以执行完一个任务，再执行下一个任务。不会开启新线程。 - 并发异步
任务交替执行，开启多线程。 - 主队列同步
如果在主线程中运用这种方式，则会发生死锁，程序崩溃。
主队列同步造成死锁的原因：
- 如果在主线程中运用主队列同步，也就是把任务放到了主线程的队列中。
- 而同步对于任务是立刻执行的，那么当把第一个任务放进主队列时，它就会立马执行。
- 可是主线程现在正在处理syncMain方法，任务需要等syncMain执行完才能执行。
- syncMain执行到第一个任务的时候，又要等第一个任务执行完才能往下执行第二个和第三个任务。
- 这样syncMain方法和第一个任务就开始了互相等待，形成了死锁。
- 主队列异步
在主线程中任务按顺序执行。 - GCD线程之间的通讯
开发中需要在主线程上进行UI的相关操作，通常会把一些耗时的操作放在其他线程，比如说图片文件下载等耗时操作。
当完成了耗时操作之后，需要回到主线程进行UI的处理，这里就用到了线程之间的通讯。 - GCD栅栏
当任务需要异步进行，但是这些任务需要分成两组来执行，第一组完成之后才能进行第二组的操作。这时候就用了到GCD的栅栏方法dispatch_barrier_async。
- (IBAction)barrierGCD:(id)sender {
// 并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 异步执行
dispatch_async(queue, ^{
for (int i = 0; i < 3; i++) {
NSLog(@"栅栏：并发异步1 %@",[NSThread currentThread]);
}
});
dispatch_async(queue, ^{
for (int i = 0; i < 3; i++) {
NSLog(@"栅栏：并发异步2 %@",[NSThread currentThread]);
}
});
dispatch_barrier_async(queue, ^{
NSLog(@"------------barrier------------%@", [NSThread currentThread]);
NSLog(@"******* 并发异步执行，但是34一定在12后面 *********");
});
dispatch_async(queue, ^{
for (int i = 0; i < 3; i++) {
NSLog(@"栅栏：并发异步3 %@",[NSThread currentThread]);
}
});
dispatch_async(queue, ^{
for (int i = 0; i < 3; i++) {
NSLog(@"栅栏：并发异步4 %@",[NSThread currentThread]);
}
});
}
- GCD延时执行
当需要等待一会再执行一段代码时，就可以用到这个方法了：dispatch_after。
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
// 5秒后异步执行
NSLog(@"我已经等待了5秒！");
});
GCD实现代码只执行一次
使用dispatch_once能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次。可以用来设计单例。
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
NSLog(@"程序运行过程中我只执行了一次！");
});
- GCD快速迭代 (无视)
GCD有一个快速迭代的方法dispatch_apply，dispatch_apply可以同时遍历多个数字。
- (IBAction)applyGCD:(id)sender {
NSLog(@"\n\n************** GCD快速迭代 ***************\n\n");
// 并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
// dispatch_apply几乎同时遍历多个数字
dispatch_apply(7, queue, ^(size_t index) {
NSLog(@"dispatch_apply：%zd======%@",index, [NSThread currentThread]);
});
}
- GCD队列组
异步执行几个耗时操作，当这几个操作都完成之后再回到主线程进行操作，就可以用到队列组了。
队列组有下面几个特点：
- 所有的任务会并发的执行(不按序)。
- 所有的异步函数都添加到队列中，然后再纳入队列组的监听范围。
- 使用dispatch_group_notify函数，来监听上面的任务是否完成，如果完成, 就会调用这个方法。
- (void)testGroup {
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
NSLog(@"队列组：有一个耗时操作完成！");
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
NSLog(@"队列组：有一个耗时操作完成！");
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"队列组：前面的耗时操作都完成了，回到主线程进行相关操作");
});
}
七、NSOperation的理解与使用
No.1：NSOperation简介
NSOperation是基于GCD之上的更高一层封装，NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。
NSOperation实现多线程的步骤如下：
- 创建任务：先将需要执行的操作封装到NSOperation对象中。
- 创建队列：创建NSOperationQueue。
- 将任务加入到队列中：将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中。
需要注意的是，NSOperation是个抽象类，实际运用时中需要使用它的子类，有三种方式：
- 使用子类NSInvocationOperation
- 使用子类NSBlockOperation
- 定义继承自NSOperation的子类，通过实现内部相应的方法来封装任务。
注意：
- 非主队列（其他队列）可以实现串行或并行。
- 队列NSOperationQueue有一个参数叫做最大并发数：maxConcurrentOperationCount。
- maxConcurrentOperationCount默认为-1，直接并发执行，所以加入到‘非队列’中的任务默认就是并发，开启多线程。
- 当maxConcurrentOperationCount为1时，则表示不开线程，也就是串行。
- 当maxConcurrentOperationCount大于1时，进行并发执行。
- 系统对最大并发数有一个限制，所以即使程序员把maxConcurrentOperationCount设置的很大，系统也会自动调整。所以把最大并发数设置的很大是没有意义的。
No.2：NSOperation的其他操作
- 取消队列NSOperationQueue的所有操作，NSOperationQueue对象方法
- 取消NSOperation的某个操作，NSOperation对象方法
- 使队列暂停或继续
- 暂停和取消不是立刻取消当前操作，而是等当前的操作执行完之后不再进行新的操作。
No.3：NSOperation的操作依赖
NSOperation有一个非常好用的方法，就是操作依赖。可以从字面意思理解：某一个操作（operation2）依赖于另一个操作（operation1），只有当operation1执行完毕，才能执行operation2，这时，就是操作依赖大显身手的时候了。
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