iOS多线程

一、进程与线程

1.进程：

系统中正在运行的一个应用程序，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

2.线程：

1个进程要想执行任务，必须得有线程（每一个进程至少要有一条线程）；线程是进程的基本执行单元，一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行
1个线程中执行任务是串行的，同一时间只能执行一个任务，顺序执行所有任务；

4.多线程：

一个进程可以开启多条线程，每条线程可以并发（同时）执行不同的任务；多线程可以提高程序的执行效率

多线程原理：

同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）；多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象

5.主线程：

一个iOS程序运行后，默认会开启1条线程，称为“主线程”或“UI线程”

主线程的主要作用

<1>显示\刷新UI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到主线程中
<2>耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，给用户一种“卡”的坏体验

二、多线程技术

column	column
计数方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	一套通用的多线程API，适用于Unix\Linux\Windows等系统，跨平台\可移植，使用难度大	C	程序员管理	几乎不用
NSTread	使用更加面向对象，简单易用，可直接操作线程对象	OC	程序员管理	偶尔使用
GCD	旨在代替NSTread等多线程技术，充分利用设备的多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	基于GCD(底层是GCD)，比GCD多了一些更简单使用的功能，使用更加面向对象	OC	自动管理	经常使用

1.NSTread

一个NSThread对象就代表一条线程

<1>创建、启动线程

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];
// 线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法

<2>主线程相关用法

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

<3>获得当前线程
NSThread *current = [NSThread currentThread];

<4>线程的调度优先级

+ (double)threadPriority;
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
- (double)threadPriority;
- (BOOL)setThreadPriority:(double)p;

调度优先级的取值范围是0.0 ~ 1.0，默认0.5，值越大，优先级越高

自己开发时，建议一般不要修改优先级

<5>线程的名字

- (void)setName:(NSString *)n;
- (NSString *)name;

<6>创建线程后自动启动线程

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

<7>隐式创建并启动线程

[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];

<8>启动线程

- (void)start; 

// 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

<9>阻塞（暂停）线程

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

<10>强制停止线程

+ (void)exit;
// 进入死亡状态

注意：一旦线程停止（死亡）了，就不能再次开启任务

2.多线程的安全问题

<1>资源共享
1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源
比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件

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

<2>安全隐患解决
1.互斥锁使用格式
@synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码 }
注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的

互斥锁的优缺点
优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题
缺点：需要消耗大量的CPU资源

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
线程同步的意思是：多条线程按顺序地执行任务
互斥锁，就是使用了线程同步技术

2.atomic和nonatomic
<1>OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择
自旋锁：
atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）
nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁

<2>nonatomic和atomic对比
atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备

<3>自旋锁与互斥锁的异同：
互斥锁:@synchronized(){}
自旋锁:atomic修饰的属性，set方法中会添加自旋锁
共同点:当多个线程访问同一个资源的时候，通过加锁可以避免数据安全问题。
不同点:互斥锁，其他线程(除了当前正在访问数据的其他想要访问这个数据的线程)会处于阻塞状态（有一个再回到就绪状态的过程）;自旋锁，其他线程处于无限循环的过程（不会有状态的改变）

<4>iOS开发的建议
所有属性都声明为nonatomic
尽量避免多线程抢夺同一块资源
尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理，减小移动客户端的压力

3.线程间通信

<1>什么叫做线程间通信
在1个进程中，线程往往不是孤立存在的，多个线程之间需要经常进行通信

<2>线程间通信的体现
1个线程传递数据给另1个线程
在1个线程中执行完特定任务后，转到另1个线程继续执行任务

<3>线程间通信常用方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

4.GCD

<1>什么是GCD
1.全称是Grand Central Dispatch,可译为“牛逼的中枢调度器”
2.纯C语言，提供了非常多强大的函数
<2>GCD的优势
1.GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
2.GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
3.GCD会自动管理线程的声明周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
4.程序员只需要告诉GCD想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码
<3>GCD的两个核心概念
1.任务；执行什么操作
2.队列:用来存放任务
<4>使用步骤
1.定制任务:确定想要做的事情
2.将任务添加到队列中

• GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行
• 任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出

<5>GCD中有2个用来执行任务的函数
1.用同步的方式执行任务

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

• queue：队列
• block：任务

2.用异步的方式执行任务

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

3.同步和异步的区别

• 同步：在当前线程中执行,必须马上执行任务
• 异步：在另一条线程中执行,可以延时执行

<6>GCD的队列可以分为2大类型
1.并发队列（Concurrent Dispatch Queue）

• 可以让多个任务并发（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

2.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）

<7>有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行
1.同步和异步决定了要不要开启新的线程

• 同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
• 异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力

2.并发和串行决定了任务的执行方式

• 并发：多个任务并发（同时）执行
• 串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务

3.在UI中当前线程双核主线程，即同步是在主线程中执行任务的，而异步是在开辟子线程中执行任务

<8>并发(并行)队列
1.GCD默认已经提供了全局的并发队列，供整个应用使用，不需要手动创建

使用dispatch_get_global_queue函数获得全局的并发队列
dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(
dispatch_queue_priority_t priority, // 队列的优先级
unsigned long flags); // 此参数暂时无用，用0即可
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); // 获得全局并发队列

2.全局并发队列的优先级

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默认（中）
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台

3.手动创建并行队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("abc", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

<9>GCD中获得串行有2种途径

1.使用dispatch_queue_create函数创建串行队列
dispatch_queue_t
dispatch_queue_create(const char *label, // 队列名称 
dispatch_queue_attr_t attr); // 队列属性，一般用NULL即可
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cn.qianfeng.queue", NULL); // 创建
dispatch_release(queue); // 非ARC需要释放手动创建的队列

2.使用主队列（跟主线程相关联的队列）

主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列
放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行
使用dispatch_get_main_queue()获得主队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

<10>各种队列的执行效果

column	column
	全局并行队列	手动创建创建串行队列	主队列
同步(sync)	没有开启新线程；串行执行任务	没有开启新线程；串行执行任务	会死锁
异步(async)	有开启新线程；并行执行任务	有开启新线程；串行执行任务	没有开启新线程；串行执行任务

<11>从子线程回到主线程

dispatch_async(
dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行耗时的异步操作...
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 回到主线程，执行UI刷新操作
        });
});

<12>延时执行
1.iOS常见的延时执行有2种方式

调用NSObject的方法
[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];
// 2秒后再调用self的run方法

2.使用GCD函数

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 2秒后异步执行这里的代码...
});

<13>一次性代码
使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
    //可用于UI中创建单例
});

<14>队列组
1.有这么1种需求

• 首先：分别异步执行2个耗时的操作
• 其次：等2个异步操作都执行完毕后，再回到主线程执行操作

2.如果想要快速高效地实现上述需求，可以考虑用队列组

dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程...
});

5.NSOperation

<1>NSOperation的作用
1.配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能实现多线程编程

2.NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的具体步骤

• 先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中
• 然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中
• 系统会自动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来
• 将取出的NSOperation封装的操作放到一条新线程中执行

3.NSOperation是个抽象类，并不具备封装操作的能力，必须使用它的子类

4.使用NSOperation子类的方式有3种

• NSInvocationOperation
• NSBlockOperation
• 自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

5.创建NSInvocationOperation对象

-(id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;

• 调用start方法开始执行操作

 -(void)start;

一旦执行操作，就会调用target的sel方法

注意:

• 默认情况下，调用了start方法后并不会开一条新线程去执行操作，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

6.创建NSBlockOperation对象

+(id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

• 通过addExecutionBlock:方法添加更多的操作

-(void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block;

• 注意：只要NSBlockOperation封装的操作数 > 1，就会异步执行操作

<2>NSOperationQueue的作用
1.NSOperation可以调用start方法来执行任务，但默认是同步执行的
2.如果将NSOperation添加到NSOperationQueue（操作队列）中，系统会自动异步执行NSOperation中的操作

• 添加操作到NSOperationQueue中

-(void); addOperation:(NSOperation *)op
-(void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

<3>什么是并发数
1.同时执行的任务数
2.比如，同时开3个线程执行3个任务，并发数就是3

• 最大并发数的相关方法

-(NSInteger)maxConcurrentOperationCount;
-(void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

<4>队列的取消、暂停、恢复
1.取消队列的所有操作

-(void)cancelAllOperations;
提示：也可以调用NSOperation的- (void)cancel方法取消单个操作

2.暂停和恢复队列

-(void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暂停队列，NO代表恢复队列
-(BOOL)isSuspended;

<5>操作优先级
1.设置NSOperation在queue中的优先级，可以改变操作的执行优先级

-(NSOperationQueuePriority)queuePriority;
-(void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;

2.优先级的取值

NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
NSOperationQueuePriorityNormal = 0,
NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8

<6>操作的监听
可以监听一个操作的执行完毕

-(void (^)(void))completionBlock;
-(void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

<7>操作依赖
1.NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序

• 比如一定要让操作A执行完后，才能执行操作B，可以这么写

[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依赖于操作A

2.可以在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系
3.注意：不能相互依赖

• 比如A依赖B，B依赖A

<8>自定义NSOperation
1.自定义NSOperation的步骤很简单

• 重写- (void)main方法，在里面实现想执行的任务

2.重写- (void)main方法的注意点

• 自己创建自动释放池（因为如果是异步操作，无法访问主线程的自动释放池）
• 经常通过- (BOOL)isCancelled方法检测操作是否被取消，对取消做出响应