笔记-多线程

2017/02/20
今天的目标只有一个：弄懂多线程（真心的）

一、认识多线程

进程：

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（每一个进程至少有一条线程），线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务都在线程中执行。

多线程：

一个进程中可以开启多条线程，每条线程可以并行执行不同的任务（比如：进程->车间，线程->车间工人）
（1）每一个程序都有一个主线程，程序启动时创建（调用main来启动）
（2）主线程的生命周期是和应用程序绑定的，程序退出（结束）时，主线程也就停止了
（3）多线程技术表示，一个应用程序有多个线程，使用多线程能提供CPU的使用率，防止主线程的堵塞
（4）任何有可能堵塞主线程的任务不要在主线程执行（访问网络）

二、多线程的原理

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

思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？

CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源
每条线程被调度执行的频次会降低（线程的执行效率降低）

三、多线程的优缺点

优点：

• 能适当提高程序的执行效率
• 能适当提高资源的利用率（CPU、内存的利用率）

缺点：

• 开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用了1M，子线程占用512K），如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能
• 线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大
• 程序设计更加复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享

四、多线程在iOS开发中的应用

主线程：一个iOS程序运行后，默认会开启一条线程，称为“主线程”或“UI线程”
主线程的主要作用：

• 显示/刷新UI界面
• 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：别将比较耗时操作放到主线程中。
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

使用场合：

• 耗时操作，例如：网络图片、视频、歌曲、书籍等资源下载
• 游戏中的声音播放

五、iOS的三种多线程技术

1、NSThread：

优点：NSThread比其他两个轻量级，使用简单
缺点：不能控制线程的执行顺序（需要自己管理线程的生命周期、线程同步、加锁、睡眠以及唤醒等。线程同步对数据的加锁对会有一定的系统开销）【需要使用start方法，才能启动实例化出来的线程、控制并发线程数、先后顺序困难，例如：下载图片（后台线程）->滤镜美化（后台线程）->更新UI（主线程）】

  @implementation ViewController

  - (void)viewDidLoad {
      [super viewDidLoad];

      for(int i=1; i<100; i++) {
         NSLog(@"=====%@======%d",[[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil].name,i);
         if (i == 7) {
         //创建线程对象
         NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
         //启动新线程
         [thread start];
        /**
         *  创建并启动新线程
         */
        //[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
        /**
         * 上面两种方法本质上都是将target对象的selector方法转换为线程执行体，其中selector方法最多可以接收一个参数，而argument就是代表传给selector方法的参数。这两种创建新线程的方式并没有明显的区别，只是上面的是一个实例化方法，该方法返回一个thread对象，调用start方法开启线程。下面的不会返回NSThread对象，因此这种方法会直接创建并启动新线程。
         *
         */
    }
   }
   /**
       *  每个线程执行时都具有一定的优先级，优先级高的线程获得较多的执行机会，而优先级低的则反之。每个子线程默认的优先级是0.5. NSThread 通过如下代码演示优先级。
    */
  //    NSLog(@"UI线程的优先级为：%g",[NSThread threadPriority]);
  //    //创建第一个线程对象
  //    NSThread *thread1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
  //    //设置第一个线程对象的名字
  //    thread1.name = @"线程A";
  //    NSLog(@"线程A的优先级为：%g",thread1.threadPriority);
  //    //设置使用最低优先级
  //    thread1.threadPriority = 0.0;
  //    //创建第二个线程对象
  //    NSThread *thread2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
  //    //设置第二个线程对象的名字
  //    thread2.name = @"线程B";
  //    NSLog(@"线程B的优先级为：%g",thread2.threadPriority);
  //    //设置使用最高优先级
  //    thread2.threadPriority = 1.0;
  //    //启动两个线程
  //    [thread1 start];
  //    [thread2 start];
  }
  - (void)run {
       for (int i=0; i<100; i++) {
    //        if ([NSThread currentThread].isCancelled) {
    //            //终止当前正在执行的线程
    //            [NSThread exit];
    //        }
     NSLog(@"------%@-----%d",[NSThread currentThread].name,i);
    //没执行一次，线程暂停0.5秒
    //        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
    
    //使当前线程暂停一段时间，或者暂停到某个时刻
    //        + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)time;
    //        + (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
   }
  }
   //- (IBAction)cancelThread:(id)sender {
   //    //取消thread线程，调用该方法，调用该方法后，thread的isCancelled方法将会返回NO
   //    [thread cancel];
   //}
  @end

相关代码下载：OC-NSThread

2.NSOperation和NSOperationQueue

NSOperation是一个抽象基类，基本没有什么实际使用价值。我们使用最多的是系统封装好的NSInvocationOperation和NSBlockOperation。

（1）NSOperation

NSOperation 是苹果公司对 GCD 的封装，完全面向对象，所以使用起来更好理解。 大家可以看到 NSOperation 和 NSOperationQueue 分别对应 GCD 的 任务 和 队列 。操作步骤也很好理解：

• 将要执行的任务封装到一个 NSOperation 对象中。
• 将此任务添加到一个 NSOperationQueue 对象中。

NSOperation * operation = [[NSOperation alloc]init];
//开始执行
[operation start];
//取消执行
[operation cancel];
//执行结束后调用的Block
[operation setCompletionBlock:^{
    NSLog(@"执行结束");
}];

NSInvocationOperation的使用方式和给Button添加事件比较相似，需要一个对象和一个Selector。使用方法非常简单。

添加任务

值得说明的是，NSOperation 只是一个抽象类，所以不能封装任务。但它有 2 个子类用于封装任务。分别是：NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation 。创建一个 Operation 后，需要调用 start 方法来启动任务，它会 默认在当前队列同步执行。当然你也可以在中途取消一个任务，只需要调用其 cancel 方法即可。

//创建
NSInvocationOperation * invo = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(testNSInvocationOperation) object:nil];
//执行
[invo start];

 - (void)testNSOperation {
    NSLog(@"我在第%@个线程",[NSThread currentThread]);
 }

我们可以看到NSInvocationOperation其实是同步执行的，因此单独使用的话，这个东西也没有什么卵用，它需要配合我们后面介绍的NSOperationQueue去使用才能实现多线程调用，所以这里我们只需要记住有这么一个东西就行了。参考文章:NSOperation

（2）NSBlockOperation

//1.创建NSBlockOperation对象
NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}];

 //2.开始任务
 [operation start];

参考：NSBlockOperation

3.GCD

Grand Central Dispatch，听名字就霸气。它是苹果为多核的并行运算提出的解决方案，所以会自动合理地利用更多的CPU内核（比如双核、四核），最重要的是它会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程），完全不需要我们管理，我们只需要告诉干什么就行。同时它使用的也是 c语言，不过由于使用了 Block（Swift里叫做闭包），使得使用起来更加方便，而且灵活。

首先来了解两个基本概念：任务和队列

• 任务：及操作，你想要干什么，说白了就是一段代码，在 GCD 中就是一个 Block，所以添加任务十分方便。任务有两种执行方式： 同步执行 和 异步执行，他们之间的区别是 是否会创建新的线程。

   同步（sync） 和 异步（async） 的主要区别在于会不会阻塞当前线程，直到 Block 中的任务执行完毕！
   如果是 同步（sync） 操作，它会阻塞当前线程并等待 Block 中的任务执行完毕，然后当前线程才会继续往下运行。
   如果是 异步（async）操作，当前线程会直接往下执行，它不会阻塞当前线程。
  

• 队列：用于存放任务。一共有两种队列，串行队列和并行队列（先入先出）。

口诀：

• 同步不开异步开，串行开一条，并行开多条

（1）创建队列

主队列：
这是一个特殊的 串行队列。什么是主队列，大家都知道吧，它用于刷新 UI，任何需要刷新 UI 的工作都要在主队列执行，所以一般耗时的任务都要放到别的线程执行。

  dispatch_queue_t queue = ispatch_get_main_queue();

自己创建的队列：
第一个参数是标识符，第二个参数用来表示创建的对垒是串行还是并行。

//创建串行队列 - DISPATCH_QUEUE_SERIAL或NULL
serialQueue = dispatch_queue_create("fkjava.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
//创建并发队列 - DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT
concurrentQueue = dispatch_queue_create("fkjava.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

全局并发队列：
只要是并行任务一般都加入到这个队列。这是系统提供的一个并发队列。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

（2）创建任务

• 同步任务：会阻塞当前线程（sync）
  //将代码块以同步方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该代码块
  dispatch_sync(<#dispatch_queue_t queue#>, <#^(void)block#>)
  //将函数以同步方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该函数
  dispatch_sync_f(<#dispatch_queue_t queue#>, <#void *context#>, <#dispatch_function_t work#>)

• 异步任务：不会阻塞当前线程 (async)

   //将代码块以异步方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该代码块
   dispatch_async(<#dispatch_queue_t queue#>, <#^(void)block#>)
   //将函数以异步方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该函数
   dispatch_async_f(<#dispatch_queue_t queue#>, <#void *context#>, <#dispatch_function_t work#>)
  

相关代码下载：OC-GCD