多线程之NSThread/GCD/NSOperation

• 概述及基本概念
  1.进程和线程
  2.多线程
  3.任务
  4.队列
  5.iOS中的多线程技术
  6.GCD和NSOperationQueue的对比
  7.使线程同步的方法
• NSThread
  1.创建和使用
  2.线程安全问题
  3.线程间通信
• GCD
  1.串行/并行，同步/异步
  2.创建/获取队列
  3.线程间通信
  4.GCD常用函数
• NSOperation
  1.常规创建
  2.添加操作到队列
  3.自定义NSOperation
• NSThread+runloop实现常驻线程

概述

1.进程和线程

• 进程
  一个运行起来的程序就是一个进程，每个进程之间是独立的，拥有运行所需的全部资源
• 线程
  程序执行流的最小单元，是进程中的一个实体，一个进程至少有一个线程
• 关系
  进程的任务是在线程中执行的，进程内，线程共享资源

2.多线程

• 什么是多线程
  同一时间内，cup只能处理一条线程，多线程并发其实就是cpu快速的在线程之间调度/切换，造成了多线程的假象
• 多线程的优点
  1.提高程序的执行效率
  2.充分利用设备的多核，提高资源利用率（cpu,内存...）
• 多线程的缺点
  1.开启线程需要占用一定的内存空间（主线程：1M，子线程512KB， iOS下创建线程大约需要90毫秒的时间），大量开启会占用大量内存空间，降低程序的性能
  2.如果线程非常多，cpu在N多线程之间调度，消耗大量cpu资源，会降低线程的执行效率
  3.程序设计更加复杂：线程间通信，多线程数据共享
• 特点
  1.多线程执行顺序不确定，有name属性方便确定bug点
  2.优先级不能保证完全优先，只是大概率优先，执行完自动销毁，

3.任务

• 任务
  我们要执行的代码（块）
• 同步sync
  不具备开启线程的能力，将同步任务添加到指定队列中，任务执行完毕之前会阻塞线程
• 异步async
  具备开启新线程的能力，无需等待继续执行下方的任务，不会阻塞线程，无法确认任务的执行顺序

4.队列

• 队列
  存放任务的线性表，FIFO（先进先出）
• 串行队列
  同一时间内，队列中只能执行一个任务（只开启了一个线程），按照任务添加的顺序，一个任务执行完才能执行下一个任务（(仅是队列内串行,可以多个串行队列并行)）
• 并发队列
  同一时间内，允许多个任务并发执行（可以开启多个线程），任务之间不会互相等待，且这些任务的执行顺序和执行过程是不可预测的，只有在异步函数下才有效

5.iOS中的多线程技术

//生命周期，线程任务执行完毕后释放，而不是出了作用域释放

• pThread（c），使用难度大，需要手动管理线程的生命周期(启动、回收...)
• NSThread（oc）,使用简单且灵活，手动管理（performSelector开辟的子线程也是NSThread的另一种体现方式）
• GCD（c）充分利用设备的多核，自动管理
• NSOperation（oc）自动管理，封装了GCD，多了一些实用功能，更面向对象

6.GCD和NSOperationQueue的对比

1.GCD执行的是由block构成的任务，执行效率更高
2.GCD只支持FIFO，而NSOperationQueue可以通过设置并发数、优先级，依赖等调整执行顺序
//所以GCD高效，NSOperationQueue多能，根据需要使用
3.NSOperationQueue可以跨队列设置依赖关系，但是GCD只能通过设置串行队列，或者在队列内添加barrier(dispatch_barrier_async)任务，才能控制执行顺序,较为复杂

4.NSOperationQueue因为面向对象，所以支持KVO，可以监测operation是否正在执行（isExecuted）、是否结束（isFinished）、是否取消（isCanceld）

7.使线程同步的方法

     0.加锁 / 阻塞任务
     1.nsopreation的依赖关系 / 设置最大并发数
     2.GCD的 dispath_group   / 信号量机制，栅栏

8.自旋锁与互斥锁

• 常见的自旋锁：atomic
  A线程在执行任务时，B会不听的在外面徘徊，一旦A执行完毕，B立马执行
• 常见的互斥锁：@synchronized、NSLock
  A线程在执行任务时，B会进入休眠状态，A执行完毕后，B会自动唤醒去执行
• 对比
  1.自旋锁的执行效率高于互斥锁
  2.如果无法在短时间内获取锁，自旋锁一直占用cup，会降低cpu的执行效率

这里提一下原子属性：atomic（自旋锁-默认为setter方法加锁）

一样会消耗大量的资源，建议使用noatomic，因为开发中出现资源抢夺的可能性极低，也可以尽量将加锁，资源抢夺的业务交给服务端处理

• 死锁
  死锁原因: 函数未返回阻塞当前任务 + 队列中任务无法并发执行
  解决死锁:1.用异步函数 2.新建异步队列不和main一个队列

//pragma mark -- 常见的死锁
//死锁原因：viewDidLoad的任务也是在主队列上的，由于队列的先进先出原则
/*viewDidLoad 来了-- dispatch_sync 来了
viewDidLoad想要执行完走人，viewDidLoad 就得执行完毕，
这时候添加了dispatch_sync，根据FIFO原则，viewDidLoad执行完，dispatch_sync才能走，
但是（串行）viewDidLoad 没执行完，就不会执行dispatch_sync，就造成了死锁
*/
//想避免这种死锁，可以将同步改成异步dispatch_async,或者将dispatch_get_main_queue换成其他串行或并行队列，都可以解决。
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"");

    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"");
    });
    NSLog(@"");
}

扩展
不管同步还是异步，在同一个队列中添加任务，就是串行，就会造成阻塞

NSThread

1.创建和使用

    //(4个状态:创建,就绪,阻塞,结束)
    //实例方法，创建
    NSThread * thred1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(hh) object:nil];
    //设置线程的属性要在start之前
    thred1.name = @"thred1";
    //优先级
    thred1.threadPriority = 1;//To be deprecated; use qualityOfService below
    [thred1 start];//运行/就绪切换
    thred1.qualityOfService = 1; //read-only after the thread is started

    [NSThread sleepForTimeInterval:1];//阻塞方式1
    [NSThread sleepUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:2]];//阻塞方式2
    [NSThread exit];//手动强制结束，

    //  获取/判断线程
    [NSThread mainThread];
    [NSThread isMainThread];
    [NSThread currentThread];

    //下面2种创建线程的方法简单，但是无法拿到线程对象，进行设置优先级等
    //类方法-分离子线程，不需要start
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(hh) toTarget:self withObject:nil];

    //隐式创建后台线程(开辟子线程)
    [self performSelectorInBackground:@selector(hh) withObject:nil];

/*
    //当前线程延迟1秒执行（使用带有参数afterDelay的方法，内部会创建一个NSTimer添加到当前线程中，如果在子线程中，需要开启runloop）
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    [self performSelector:@selector(showImage:) withObject:nil afterDelay:1.0];
    //在指定线程执行，waitUntilDone :是否等待方法内代码执行完毕后再去执行本行代码后面的代码
    [self performSelector:@selector(showImage:) onThread:[NSThread mainThread] withObject:image waitUntilDone:YES];
    //主线程执行
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
*/

2.线程安全问题

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    //数据安全问题，多线程访问同一资源
    self.count = 10;
    self.threadA = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(mai) object:nil];
    self.threadB = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(mai) object:nil];
    self.threadC = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(mai) object:nil];
    self.threadA.name = @"threadA";
    self.threadB.name = @"threadB";
    self.threadC.name = @"threadC";
    [self.threadA start];
    [self.threadB start];
    [self.threadC start];
    
}

- (void)mai
{
    while (1) {
        
        if (self.count > 0) {
            
            //添加一个耗时操作，让卖票员手速变慢
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                int a = 1+i;
            }
            
            self.count--;
            NSLog(@"%@卖出了一张票，还剩下%d张",[NSThread currentThread].name,self.count);
        }else{
            NSLog(@"mei");
            break;
        }
    }
}

输出结果：(这样目测更清晰)
[2427:109348] threadA卖出了一张票，还剩下9张
[2427:109350] threadC卖出了一张票，还剩下8张
[2427:109349] threadB卖出了一张票，还剩下7张
[2427:109348] threadA卖出了一张票，还剩下6张
[2427:109350] threadC卖出了一张票，还剩下5张
[2427:109349] threadB卖出了一张票，还剩下4张
[2427:109350] threadC卖出了一张票，还剩下3张
[2427:109348] threadA卖出了一张票，还剩下2张
[2427:109349] threadB卖出了一张票，还剩下1张
[2427:109350] threadC卖出了一张票，还剩下0张
[2427:109350] mei
[2427:109348] threadA卖出了一张票，还剩下-1张
[2427:109348] mei
[2427:109349] threadB卖出了一张票，还剩下-2张
[2427:109349] Mei
由上可以看出，由于线程默认是异步的，资源竞争时，会发生我们不想看到的问题
那么接下来解决问题,添加互斥锁

- (void)mai
{
    while (1) {
        //互斥锁,实现线程同步，但是会小号大量CPU资源
        @synchronized (self) {
            if (self.count > 0) {
                
                //添加一个耗时操作，让卖票员手速变慢
                for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                    int a = 1+i;
                }
                
                self.count--;
                NSLog(@"%@卖出了一张票，还剩下%d张",[NSThread currentThread].name,self.count);
            }else{
                NSLog(@"mei");
                break;
            }
        }
    } 
}

3.线程间通信

以下载图片为例,贴代码了，不过多解释

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{    //线程间通信
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downLoadImage) toTarget:self withObject:nil];
}

- (void)downLoadImage
{
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://ss3.bdstatic.com/70cFv8Sh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=2567670815,24101428&fm=26&gp=0.jpg"];
    
    //计算下载时间，方法随意，这是其一
    NSDate * std = [NSDate date];
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    NSDate * end = [NSDate date];
    NSLog(@"%f",[end timeIntervalSinceDate:std]);//0.404483
    
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
    
    //一个简单的做法(performSelector方法，可以由任何继承nsobject的对象调用)
    [self.imagev performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
  
}

- (void)showImage:(UIImage *)image
{
      
    self.imagev.image = image;
}

GCD

1.串行/并行，同步/异步

• 由此，两两组合，有4中情形（过于基础，有兴趣的自己尝试）
  1.异步+并行：多个任务会开启多个线程，队列中的任务的并行的
  2.异步+串行：多个任务只会开启1个线程，队列中的任务的串行的
  3.同步+并行：多个任务不会开启线程，任务是串行的（在主线程）
  4.同步+串行：多个任务不会开启线程，任务是串行的（在主线程）
  注意：
  1.并不是有多少个任务就开启多少个线程，由系统决定
  2.异步+主队列：所有任务都在主队列中执行，不会开启新的线程
  3.同步+主队列：死锁

2.创建/获取队列

GCD有3种队列类型
1.mainqueue：通过dispatch_get_main_queue()获得，这是一个与主线程相关的串行队列
2.globalqueue：全局队列是并发队列，由整个进程共享。存在着高、中、低三种优先级的全局队列。调用dispath_get_global_queue
3.自定义队列：通过函数dispatch_queue_create创建的队列

• 创建队列

//创建并发和串行队列:2个参数,一个标记字符串, 一个串行还是并发的宏
    dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create(@"demo_concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_queue_t serial_queue = dispatch_queue_create(@"demo_serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

• 获取队列(本身存在队列)

//获取主队列(串行) 及 常用的全局队列(并发)
    dispatch_queue_t main_queue = dispatch_get_main_queue();
    ////2个参数, 一个是优先级, 另一个是 : 保留供将来使用的标志。总是为这个参数指定0。
    dispatch_queue_t global_queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);

3.线程间通信

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://ss3.bdstatic.com/70cFv8Sh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=2567670815,24101428&fm=26&gp=0.jpg"];
        NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.imagev.image = image;
        });
    });
}

4.GCD常用函数

• 1.延迟

    //5. dispatch_after 延时，内部使用的是dispatch_time_t 管理时间，子线程中不用关心runloop是否开启
    dispatch_time_t d = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(NSEC_PER_SEC * 3.0));
    dispatch_after(d, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"hhh");
    });

相对于 performSelector 和 NSTimer，它的优点是，可以控制在主线程还是子线程执行

• 2.单例

        static objectA * ob = nil;
        static dispatch_once_t onceToken;
        dispatch_once(&onceToken, ^{
            ob = [[objectA alloc]init];
        });
        reture ob;

• 3.栅栏函数

    //栅栏函数:先执行前两个函数，然后执行完栅栏函数才执行后续函数（不能使用全局并发队列）
    //dispatch_barrier_sync上的队列要和需要阻塞的任务在同一队列上，否则是无效的。
    dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create(@"concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(concurrent_queue, ^{
        NSLog(@"0000");
    });
    dispatch_async(concurrent_queue, ^{
        NSLog(@"1111");
    });
    //栅栏函数(遵循同步/异步规则)
    dispatch_barrier_sync(concurrent_queue, ^{
        NSLog(@"++++++++");
    });
    dispatch_async(concurrent_queue, ^{
        NSLog(@"2222");
    });

• 4.快速迭代

    //快速迭代（类似for循环：主线程操作）,会开启子线程完成任务，任务的执行是并发的,效率更高
    //参数：遍历的次数  队列（并发） 索引
    dispatch_apply(100, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t ind) {
        //场景比如：大量文件操作
    });

• 5.组队列

    //dispatch_group_t 监听任务的执行情况
    //等待一组操作都完成后执行后续操作(如大图分成几块下载,下载后拼接)
    dispatch_queue_t global_queu = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_t grou = dispatch_group_create();
    dispatch_group_async(grou, global_queu, ^{/*操作1*/});
    dispatch_group_async(grou, global_queu, ^{/*操作2*/});
    dispatch_group_async(grou, global_queu, ^{/*操作3*/});
    //拦截通知：当队列组中的任务都执行完毕时，会执行这个方法
    dispatch_group_notify(grou, dispatch_get_main_queue(), ^{
        /*后续操作-合并图片0绘图*/
    });
    /*
    dispatch_group_notify(grou, global_queu, ^{
        //后续操作-合并图片-绘图
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            //更新ui
        })
    });
    */
    //阻塞等待组内所有任务执行完毕后，执行之后的代码，效果同上dispatch_group_notify，栅栏函数一样也可以实现
    dispatch_group_wait(grou, DISPATCH_TIME_FOREVER);

• 6.信号量：Dispatch Semaphore

用途：(有需要自行研究)
1.保持线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务
2.保证线程安全，为线程加锁

NSOperation

1.常规创建

    //NSOperation 是基于GCD的一个抽象(基)类,将线程封装成要执行的操作,不需要管理线程的生命周期和同步,比GCD可控性更强,可以加入 操作依赖 控制操作的执行顺序,设置队列最大可并发执行的操作个数,取消操作等,GCD不能中途取消
    //NSBlockOperation 执行代码块
    //NSInvocationOperation 执行指定的方法
    //配置完成后便可以调用start函数在当前线程执行,如果要异步,加入NSOperationQueue中异步执行
    
    //NSInvocationOperation 常规使用
    //创建操作，在主线程中执行，类似于直接调用方法
    NSInvocationOperation * inv = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(hh) object:nil];
    [inv start];

    //NSBlockOperation 常规使用
    //可以后续添加block块,操作启动后会在不同线程并发执行这些执行快
    NSBlockOperation * bo = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"dd");//任务
    }];
    //追加任务,如果一个操作中的任务数大于1，那么会开子线程并发执行任务
    [bo addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"aa");//任务
    }];
    [bo start];

2.添加操作到队列

    //获取主队列
    NSOperationQueue * que = [NSOperationQueue mainQueue];
    //创建非主队列,具备并发+串行，默认是并发队列
    NSOperationQueue * quu = [[NSOperationQueue alloc]init];
    //可以通过设置最大并发数量（同一时间最多有多少任务可以执行）来设置串行，注意，串行！=只开一条线程，只是任务按序执行
  //默认值-1：表示最大值，大于1：并发，等于1：串行，等于0：不执行任务
    quu.maxConcurrentOperationCount = 1;

    //创建abc 3个操作
    NSOperation * a = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"o");
    }];
    NSOperation * b = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"m");
    }];
    NSOperation * c = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"g");
    }];
/*
    //快捷创建操作并添加到队列
    [quu addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"addOperationWithBlock");
    }];
*/
    //添加操作依赖 c依赖于a b,c在a b完成后执行
    [c addDependency:a];
    [c addDependency:b];
    //添加操作到队列
    [que addOperation:c];
    [que addOperation:b];
    [que addOperation:a];

3.自定义NSOperation

1.自定义一个继承于NSOperation的子类，实现main方法

//告诉要执行的任务是什么,自动调用
-(void)main
{
    NSLog(@"开线程了吗 %@",[NSThread currentThread]);
    //[980:25414] 开线程了吗 <NSThread: 0x600003cf7ac0>{number = 7, name = (null)}
    //[980:25411] 开线程了吗 <NSThread: 0x600003cdddc0>{number = 5, name = (null)}

}

2.调用

- (void)yshOperation
{
    //创建操作/封装性，提高复用性，不需要关注内部实现
    YSHOperation * ysho1 = [[YSHOperation alloc]init];
    YSHOperation * ysho2 = [[YSHOperation alloc]init];
    //创建队列
    NSOperationQueue * oq = [[NSOperationQueue alloc]init];
    //添加操作
    [oq addOperation:ysho1];
    [oq addOperation:ysho2];
}

4.常用属性及方法

    que.suspended = YES/NO;//暂停/恢复
    [que cancelAllOperations];
    //值得一提的是
    //自定义NSOperation中，main方法内为一个任务，无法对此方法中的操作进行 暂停和取消
    //内部有多个耗时任务（for循环大量数据）时，如果想要取消，在耗时操作(for循环)后添加，不建议在for循环内判断，耗费性能

    /*
     if (self.isCancelled) {//cancelAllOperations内部会判断这个属性，yes则取消
         return;
     }
     */

NSThread+runloop实现常驻线程

由于每次开辟子线程都会消耗cpu，在需要频繁使用子线程的情况下，频繁开辟子线程会消耗大量的cpu，而且创建线程都是任务执行完成之后也就释放了，不能再次利用，那么如何创建一个线程可以让它可以再次工作呢？也就是创建一个常驻线程
那么我们可以用GCD实现一个单例来保存NSThread

+ (NSThread *)shareThread
{
    static NSThread * shareThread = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        shareThread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(shareThread) object:nil];
        [shareThread start];
    });
    return shareThread;
}

- (void)shareThread
{
    NSRunLoop * runl = [NSRunLoop currentRunLoop];
    [runl addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [runl run];
    
}