多线程

多线程

• 进程
  • 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序
• 线程
  • 一个进程想要执行任务,必须得有线程
  • 一个进程的所有任务都在线程中执行
  • 线程的串行
    • 一个线程中任务的执行时串行的,就是一个个的按顺序执行
  • 多线程
    • 一个进程中可以开启多条线程,每条线程可以并行(同时)执行不同的任务
    • 原理:
      • 同一时间,CPU只能处理一条线程,只有一条线程在工作
      • 多线程并发执行,其实是CPU快速地在多条线程之间调度
      • 如果CPU调度线程的速度够快,就造成了多线程并发执行的家乡
      • 如果线程过多,CPU在这么多线程之间调度,消耗大量的CPU资源
    • 优点:
      • 能适当提高程序的执行效率
      • 能适当提高资源利用率(CPU,内存利用率)
    • 缺点:
      • 创建线程是有开销的,ios下主要成本包括:
        • 内核数据结构(大约1kb)
        • 栈空间(子线程512KB,主线程1MB,也可以使用-setStactSize:设置,但必须是4K的倍数,而且最小是16K)
        • 创建线程大约需要90毫秒的创建时间
      • 如果开启大量的线程,会降低程序的性能
      • 线程越多,CPU在调度线程上的开销就越大
      • 程序更加复杂:比如线程之间的通信,多线程的数据共享
• IOS中多线程的实现方案
  • pthread
  • NSTread
  • GCD
  • NSOperation

NSTread

常用创建NSTread的方法:

方法1:

+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject: (nullable id)argument;
/* 
特点:是快速创建一个线程并启动它,让它执行run:方法,Object可以传入任何对象作为 run方法的参数.此方法无返回值,也就无法从这个方法拿到创建好的线程
*/
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run:) toTarget:self withObject:@"test"];

方法2:

- (instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(nullable id)argument NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
/*
特点:初始化并返回一个NSThread,再给这个NSTread添加一个run方法,object:可以 传run方法的参数,也可以传nil,初始化完毕需要手动启动线程。
*/
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@ selector(run:) object:@"test"];

方法3:

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
/*
特点:隐式的创建一个线程并启动它这个方法所在声明文件是@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions),说 明只要继承了NSObject类就可以使用,此方法无返回值。
*/
[self performSelectorInBackground:@selector(run:) object:@"test"]

获取NSTread的方法:

获取当前NSTread的方法:

+ (NSThread *)currentThread;NSThread *thread = [NSThread currentThread]; //获取当前所在线程

获取主线程的方法:

+ (NSThread *)mainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);NSThread *thread = [NSThread mainThread];

控制线程状态的一些常用方法:

启动当前线程对象方法

- (void)start NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
//创建一个线程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@ selector(run:) object:@"test"];
//启动这个线程
[thread start];

取消当前线程对象方法

- (void)cancel NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
//创建一个线程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@ selector(run:) object:@"test"];
//启动这个线程
[thread start];
//取消这个线程
[thread cancel];
注:如果是线程在执行一个循环操作,cancel取消不了这个操作.只能等循环结束

阻塞线程方法1:

NSDate *date = [NSDate date];
//这个方法返回一个表示当前时间的NSDate对象
date = [date dateByAddingTimeInterval:60]; 
//这个方法会在原本时间基础上加60秒
[NSThread sleepUntilDate:date1]; 
//这个方法的作用是让当前线程一直阻塞到时间为date1的时候,上面的例子的意思就是让 当前线程阻塞到60秒后

阻塞线程方法2:

[NSThread sleepForTimeInterval:60]; 
//这个方法的作用是让当前线程阻塞固定的秒数

退出当前线程的方法:

[NSThread exit]; 
//注:一旦此线程退出,就无法再启动

查看线程状态的一些常用方法:

查看当前线程优先级

double priority = [NSThread threadPriority]; 
//返回值是double,从0.0-1.0,1.0优先级最高

判断当前所在线程是否为主线程

BOOL result = [NSThread isMainThread];

设置线程的一些方法

设置当前线程的优先级

BOOL result = [NSThread setThreadPriority:0.5]; 
//设置当前线程的优先级,设置成功会返回YES

检测应用程序是否是多线程的方法

BOOL result = [NSThread isMultiThreaded];
/*
检测应用程序是否多线程,返回值为YES时则程序为多线程 注:1.程序最开始只有一条主线程时调用此方法时,不管以后会有多少条线程,都会返回NO2.在所有非主线程都结束后,调用此方法还是会返回YES 
*/

NSTread的常用属性

线程优先级属性

property double threadPriority NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);
property NSQualityOfService qualityOfService NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);
/*
NSQualityOfService的枚举值优先级从高到低如下:
NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21 主要用于与UI交互的操作,各种事件处理以及绘制图像等.
NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19 执行一些明确需要立即返回结果的任务.例如,用户在邮件列表中选择邮件后加载电子邮件
NSQualityOfServiceDefault = -1 默认
NSQualityOfServiceUtility = 0x11 用于执行不需要立即返回结果,耗时的操作,下载或者一些媒体操作等.
NSQualityOfServiceBackground = 0x09后台执行一些用户不需要知道的操作,它将以最有效的方式运行.例如一些与处理的操作,备份或者同步数据等等.*/

当前线程对象是否为主线程

property (readonly) BOOL isMainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

当前线程对象是否正在执行任务

property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

当前线程对象是否已执行完任务

@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

当前线程对象是否被取消

@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

线程的名称

@property (nullable, copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

线程间通信的方法:

方法1:

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
/*
特点:
在子线程里调用这个方法意味着,将会回到主线程里去调用self的aSelector方法,arg处是给aSelector方法传的参数 
注:wait参数是表示是否阻塞这个子线程,如果为YES,则要子线程要等待主线程执行完aSelector方法才会继续往下执行。
声明此方法的接口名称是@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)
*/

方法2:

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array;
//只比上个方法多了一个modes参数,是用来设置runLoop模式 
//声明此方法的接口名称是@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)

方法3:

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread )thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> )array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
//只比上个方法多了一个onThread参数,意思就是可以从任意的两个线程之间作转换 
//声明此方法的接口名称是@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)

方法4:

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject: (nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
//类似上面的方法,只少了设置runLoop模式的参数 
//声明此方法的接口名称是@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)

线程安全 –互斥锁

• synhronized(锁对象){//需要锁定的代码}
  • 锁对象只能是一个对象,不能是多个对象
  • 多条线程同时操作同一处数据的时候,就要加锁
  • 缺点:互斥锁需要消耗大量的CPU资源
  • 优点:防止多个对象同时操作同一数据,造成安全问题
  • 线程同步:多条线程在同一条线上按顺序执行,互斥锁就用到线程同步

GCD

简介

• 全称是Grand Central Dispatch，可译为“牛逼的中枢调度器”
• 纯C语言,提供了非常多强大的函数
• 优势:
  • GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
  • GCD会自动利用更多的CPU内核
  • GCD会自动管理线程的生命周期(创建线程,调度任务,销毁线程)
  • 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
• 任务:执行什么操作
• 队列:用来存放任务
• 使用步骤
  • 定制任务
  • 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

两个用来执行任务的函数

• 同步

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
/*
queue:队列
block:任务
*/

• 异步

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

• 同步和异步的区别

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

队列的类型

• 并发队列
  • 可以让多个任务并发执行(自动开启多个线程同时执行任务)
  • 并发功能只有在异步函数下才有效
  • GCD默认已经提供了全局的并发队列,供整个应用使用

dispatch_get_global_queue(dispatch_queue_priority_t priority, // 队列的优先级
unsigned long flags);
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); 
// 获得全局并发队列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

• 串行队列
  • 让任务一个接着一个地执行
  • GCD中获得串行有2种途径

方法1:
使用dispatch_queue_create函数创建串行队列
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("myThread", NULL); // 创建
dispatch_release(queue); // 非ARC需要释放手动创建的队列
方法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();

线程间的通信

• 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
    });
});

• 延时执行

方法1: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...
});

• 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一次

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)
});

• 队列组
  当需要分别异步执行2个耗时的操作,等2个异步操作都执行完毕后,再回到主线程执行操作的时候,就可以用队列组

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...
});

NSOperation

NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的步骤

• 先将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

NSOperation的子类

• 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
• 使用NSOperation子类的方式有三种
  • NSInvocationOperation
  • NSBlockOperation
  • 自定义子类继承NSOperation,实现内部相应的方法

NSInvocationOperation

//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,一旦执行操作,就会调用target的sel方法
- (void)start;

注: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,注意是在当前线程同步执行操作,只有将NSOperation放到NSOperationQueue中才会异步执行操作,也就是说,在子线程调用这个方法不会跳到主线程执行任务,只会在这个子线程执行

NSBlockOperation

//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

NSOperationQueue

• NSOperationQueue的作用
  • NSOperation可以调用start方法来执行任务,但默认是同步执行的
  • 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;

• 最大并发数相关的方法

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

• 队列的取消,暂停,恢复

//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
//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;

• 依赖操作
  • NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序

[operationB addDependency:operationA];
//操作B依赖于操作A
//可以在不同的queue的NSOperation之间创建依赖关系

• 监听操作

可以监听一个操作的执行完毕
- (void (^)(void))completionBlock;
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

• 自定义NSOperation的步骤
  • 重写- (void)main方法,在里面实现想执行的任务
• 重写- (void)main方法的注意点
  • 自己创建自动释放池(因为如果异步操作,无法访问主线程的自动释放池)
  • 通常通过- (BOOL)isCancelled方法检测操作是否被取消，对取消做出响应