iOS多线程——pthread、NSThread

作者: 行知路 | 来源:发表于2021-08-27 08:54 被阅读0次

一、pthread

1.1 pthread简介

pthread 是一套通用的多线程的 API，可以在Unix / Linux / Windows 等系统跨平台使用，使用 C 语言编写，需要程序员自己管理线程的生命周期，使用难度较大，我们在 iOS 开发中几乎不使用 pthread，但是还是来可以了解一下的。

1.2 应用实例

// 1. 创建线程: 定义一个pthread_t类型变量
pthread_t thread;
// 2. 开启线程: 执行任务
pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
// 3. 设置子线程的状态设置为 detached，该线程运行结束后会自动释放所有资源
pthread_detach(thread);

void * run(void *param)    // 新线程调用方法，里边为需要执行的任务
{
  NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
  return NULL;
}

1.3 pthread其他方法

pthread_create() 创建一个线程
pthread_exit() 终止当前线程
pthread_cancel() 中断另外一个线程的运行
pthread_join() 阻塞当前的线程，直到另外一个线程运行结束
pthread_attr_init() 初始化线程的属性
pthread_attr_setdetachstate() 设置脱离状态的属性（决定这个线程在终止时是否可以被结合）
pthread_attr_getdetachstate() 获取脱离状态的属性
pthread_attr_destroy() 删除线程的属性
pthread_kill() 向线程发送一个信号

二、NSThread

2.1 基础

NSThread 是苹果官方提供的，使用起来比 pthread 更加面向对象，简单易用，可以直接操作线程对象。不过也需要需要程序员自己管理线程的生命周期(主要是创建)，我们在开发的过程中偶尔使用 NSThread。比如我们会经常调用[NSThread currentThread]来显示当前的进程信息。

  // 创建并启动线程 1    线程创建后需要手动启动
  NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"thread 1 %@", [NSThread currentThread]);
        [NSThread sleepForTimeInterval:10];
        NSLog(@"thread 2 %@", [NSThread currentThread]);
  }];
    
  [thread start];

  // 创建并启动线程 2     线程创建后自动启动
  [NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
        NSLog(@"thread 1 %@", [NSThread currentThread]);
        [NSThread sleepForTimeInterval:10];
        NSLog(@"thread 2 %@", [NSThread currentThread]);
    }];

  // 创建并启动线程 3   隐式创建线程
  [self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
  - (void)run {
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
  }

  /* -------------------- 线程方法 ----------------------- */

  // 获得主线程
  + (NSThread *)mainThread;                                        

  // 判断是否为主线程(对象方法)
  - (BOOL)isMainThread;

  // 判断是否为主线程(类方法)
  + (BOOL)isMainThread;

  // 获得当前线程
  NSThread *current = [NSThread currentThread];       

  // 线程的名字——setter方法
  - (void)setName:(NSString *)n;                                   

  // 线程的名字——getter方法
  - (NSString *)name;                                                    

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

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

  // 线程进入死亡状态
  + (void)exit;

  // 设置线程优先级
  + (double)threadPriority;
  + (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
  @property double threadPriority

  // 获得调用堆栈
  [NSThread callStackSymbols]

  // 堆栈大小
  @property NSUInteger stackSize

  // 状态
  @property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing
  @property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished
  @property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled

  /* -------------------- 线程通信方法 ----------------------- */

  // 在主线程上执行操作
  - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
  - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray<NSString *> *)array;// equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes

  // 在指定线程上执行操作
  - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array;
  - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

  // 在当前线程上执行操作，调用 NSObject 的 performSelector:相关方法
  - (id)performSelector:(SEL)aSelector;
  - (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
  - (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;

  /* -------------------- 线程应用实例 ----------------------- */

  // 创建一个线程下载图片
  - (void)downloadImageOnSubThread {
    // 在创建的子线程中调用downloadImage下载图片
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downloadImage) toTarget:self withObject:nil];
  }

  // 下载图片，下载完之后回到主线程进行 UI 刷新
  - (void)downloadImage {
    NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);

    // 1. 获取图片 imageUrl
    NSURL *imageUrl = [NSURL URLWithString:@"https://ysc-demo-1254961422.file.myqcloud.com/YSC-phread-NSThread-demo-icon.jpg"];

    // 2. 从 imageUrl 中读取数据(下载图片) -- 耗时操作
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:imageUrl];
    // 通过二进制 data 创建 image
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];

    // 3. 回到主线程进行图片赋值和界面刷新
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(refreshOnMainThread:) withObject:image waitUntilDone:YES];
}

  // 回到主线程进行图片赋值和界面刷新
  - (void)refreshOnMainThread:(UIImage *)image {
    NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);
    // 赋值图片到imageview
    self.imageView.image = image;
  }

2.2 线程同步与安全

        线程安全：如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作（更改变量），一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
        线程同步：可理解为线程 A 和线程 B 一块配合，A 执行到一定程度时要依靠线程 B 的某个结果，于是停下来，示意 B 运行；B 依言执行，再将结果给 A；A 再继续操作。举个简单例子就是：两个人在一起聊天。两个人不能同时说话，避免听不清(操作冲突)。等一个人说完(一个线程结束操作)，另一个再说(另一个线程再开始操作)。
        下面，我们模拟火车票售卖的方式，实现 NSThread 线程安全和解决线程同步问题。场景：总共有50张火车票，有两个售卖火车票的窗口，一个是北京火车票售卖窗口，另一个是上海火车票售卖窗口。两个窗口同时售卖火车票，卖完为止。

   
  // 初始化火车票数量、卖票窗口(非线程安全)、并开始卖票
- (void)initTicketStatusNotSave {
    // 1. 设置剩余火车票为 50
    self.ticketSurplusCount = 50;

    // 2. 设置北京火车票售卖窗口的线程
    self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow1.name = @"北京火车票售票窗口";

    // 3. 设置上海火车票售卖窗口的线程
    self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火车票售票窗口";

    // 4. 开始售卖火车票
    [self.ticketSaleWindow1 start];
    [self.ticketSaleWindow2 start];
}

  // 售卖火车票(非线程安全)
- (void)saleTicketNotSafe {
  while (1) {
    //如果还有票，继续售卖
    if (self.ticketSurplusCount > 0) {
      self.ticketSurplusCount --;
      NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]);
      [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
    } else {
      //如果已卖完，关闭售票窗口
      NSLog(@"所有火车票均已售完");
      break;
    }
  }
}

// 2021-08-27 08:38:37.998659+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：48 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:37.998664+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：49 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.202168+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：47 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.202174+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：47 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.405380+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：46 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.405380+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：46 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.609846+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：45 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.609855+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：44 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.814279+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：43 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:38.814296+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：42 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.016577+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：41 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.016582+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：40 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.217014+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：38 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.217022+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：39 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.420525+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：36 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.420525+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：37 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.624553+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：34 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.624553+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：35 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.826695+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：33 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:39.829234+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：32 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.031029+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：31 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.033653+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：30 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.233751+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：29 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.236401+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：28 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.433998+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：27 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.439438+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：26 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.636023+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：25 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.643344+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：24 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.839279+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：23 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:40.847018+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：22 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.044288+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：21 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.049478+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：20 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.247068+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：19 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.250328+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：18 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.450656+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：17 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.450668+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：16 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.655868+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：14 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.655867+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：15 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.856265+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：13 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:41.856270+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：12 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.061444+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：11 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.061444+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：10 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.264248+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：9 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.264268+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：8 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.468284+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：7 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.468284+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：6 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.672347+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：5 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.672347+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：4 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.876696+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：3 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:42.876696+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：3 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:43.080385+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：1 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:43.080385+0800 ios-oc[83423:1721529] 剩余票数：2 窗口：北京火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:43.282828+0800 ios-oc[83423:1721529] 所有火车票均已售完
// 2021-08-27 08:38:43.282831+0800 ios-oc[83423:1721530] 剩余票数：0 窗口：上海火车票售票窗口
// 2021-08-27 08:38:43.482986+0800 ios-oc[83423:1721530] 所有火车票均已售完

// 可以看到上述代码多卖票了，所以其不是线程安全的

线程安全解决方案：可以给线程加锁，在一个线程执行该操作的时候，不允许其他线程进行操作。iOS 实现线程加锁有很多种方式。@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/get等等各种方式。为了简单起见，这里不对各种锁的解决方案和性能做分析，只用最简单的@synchronized来保证线程安全，从而解决线程同步问题。

// 初始化火车票数量、卖票窗口(非线程安全)、并开始卖票
- (void)initTicketStatusNotSave {
    // 1. 设置剩余火车票为 50
    self.ticketSurplusCount = 50;

    // 2. 设置北京火车票售卖窗口的线程
    self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow1.name = @"北京火车票售票窗口";

    // 3. 设置上海火车票售卖窗口的线程
    self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火车票售票窗口";

    // 4. 开始售卖火车票
    [self.ticketSaleWindow1 start];
    [self.ticketSaleWindow2 start];
}

  // 售卖火车票(非线程安全)
- (void)saleTicketNotSafe {
  while (1) {
  @synchronized (self) {
    //如果还有票，继续售卖
      if (self.ticketSurplusCount > 0) {
        self.ticketSurplusCount --;
        NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]);
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
      } else {
        //如果已卖完，关闭售票窗口
        NSLog(@"所有火车票均已售完");
        break;
      }
    }
  }
}

2021-08-27 08:43:58.000427+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：49 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:58.205559+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：48 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:58.409971+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：47 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:58.612661+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：46 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:58.814876+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：45 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:59.019160+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：44 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:59.219412+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：43 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:59.423449+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：42 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:59.626067+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：41 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:43:59.829694+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：40 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:00.031645+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：39 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:00.235727+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：38 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:00.438352+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：37 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:00.638894+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：36 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:00.839935+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：35 窗口：北京火车票售票窗口
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2021-08-27 08:44:07.112881+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：4 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:07.316817+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：3 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:07.519362+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：2 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:07.723270+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：1 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:07.923510+0800 ios-oc[83569:1726590] 剩余票数：0 窗口：北京火车票售票窗口
2021-08-27 08:44:08.123765+0800 ios-oc[83569:1726590] 所有火车票均已售完
2021-08-27 08:44:08.123993+0800 ios-oc[83569:1726591] 所有火车票均已售完

// 可以看出，在考虑了线程安全的情况下，加锁之后，得到的票数是正确的，没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。

三、线程状态

当我们新建一条线程NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];，在内存中的表现为：

线程创建
当调用[thread start];后，系统把线程对象放入可调度线程池中，线程对象进入就绪状态，如下图所示。

就绪状态
当然，可调度线程池中，会有其他的线程对象，如下图所示。在这里我们只关心左边的线程对象。

其他就绪线程

下边我们来看看当前线程的状态转换。

如果CPU现在调度当前线程对象，则当前线程对象进入运行状态，如果CPU调度其他线程对象，则当前线程对象回到就绪状态。
如果CPU在运行当前线程对象的时候调用了sleep方法\等待同步锁，则当前线程对象就进入了阻塞状态，等到sleep到时\得到同步锁，则回到就绪状态。
如果CPU在运行当前线程对象的时候线程任务执行完毕\异常强制退出，则当前线程对象进入死亡状态。
只看文字可能不太好理解，具体当前线程对象的状态变化如下图所示。

线程状态切换

备注
1、非本人原创，为了学习阅读并加入了部分修改，原文链接：https://bujige.net/blog/iOS-Complete-learning-pthread-and-NSThread.html
2、感谢作者！

iOS多线程——pthread、NSThread

一、pthread

1.1 pthread简介

1.2 应用实例

1.3 pthread其他方法

二、NSThread

2.1 基础

2.2 线程同步与安全

三、线程状态

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