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iOS开发-多线程

iOS开发-多线程

作者: kkj1996 | 来源:发表于2017-09-28 13:15 被阅读0次

首先明确线程和进程的关系和区别:

一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

线程的划分尺度小于进程,使得多线程程序的并发性高。

另外,进程在执行过程中拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存,从而极大地提高了程序的运行效率。

线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制。

从逻辑角度来看,多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用,来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.

线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.

一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程,不能用进程。


iOS中多线程有以下四种

·PThread

·GCD

·NSThread

·NSOperation & NSOperationQueue


1.PThread(不常用)

POSIX线程(POSIX threads),简称Pthreads,是线程的POSIX标准。该标准定义了创建和操纵线程的一整套API。在类Unix操作系统(Unix、Linux、Mac OS X等)中,都使用Pthreads作为操作系统的线程。


2.GCD(*)Grand Center Dispatch

自动管理县城的生命周期,自动创建线程、调度任务、销毁线程。(使用了block)

GCD中的两个概念:任务、队列。

任务:block。分为同步执行和异步执行。同步会阻塞当前进程,直到block执行完毕;异步不会阻塞当前进程。

队列:用于存放任务。分为串行队列和并行队列。串行队列FIFO;并行队列同样是FIFO,不过取出之后放入新的线程里,取出速度很快所以相当于并行。


创建队列

1.主队列(刷新UI)

dispatch_queue_t queue = ispatch_get_main_queue();

2.创建自己的队列

//串行队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("tk.bourne.testQueue", NULL);

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("tk.bourne.testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

//并行队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("tk.bourne.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

3.全局并行队列(只要是并行的任务都加入这个队列,系统提供的并行队列)

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

创建任务

1.同步任务(会阻塞当前线程)SYNC

dispatch_sync(<#queue#>, ^{

//code here

NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

});

2.异步任务(不会阻塞当前线程)ASYNC

dispatch_async(<#queue#>, ^{

//code here

NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

});

队列组

队列组可以将很多队列添加到一个组里,这样做的好处是,当这个组里所有的任务都执行完了,队列组会通过一个方法通知我们。下面是使用方法,这是一个很实用的功能。

//1.创建队列组

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

//2.创建队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

//3.多次使用队列组的方法执行任务, 只有异步方法

//3.1.执行3次循环

dispatch_group_async(group, queue, ^{

for (NSInteger i = 0; i < 3; i++) {

NSLog(@"group-01 - %@", [NSThread currentThread]);

}

});

//3.2.主队列执行8次循环

dispatch_group_async(group, dispatch_get_main_queue(), ^{

for (NSInteger i = 0; i < 8; i++) {

NSLog(@"group-02 - %@", [NSThread currentThread]);

}

});

//3.3.执行5次循环

dispatch_group_async(group, queue, ^{

for (NSInteger i = 0; i < 5; i++) {

NSLog(@"group-03 - %@", [NSThread currentThread]);

}

});

//4.都完成后会自动通知

dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{

NSLog(@"完成 - %@", [NSThread currentThread]);

});


func dispatch_barrier_async(_ queue: dispatch_queue_t, _ block: dispatch_block_t):

这个方法重点是你传入的queue,当你传入的queue是通过DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT参数自己创建的queue时,这个方法会阻塞这个queue注意是阻塞 queue ,而不是阻塞当前线程),一直等到这个queue中排在它前面的任务都执行完成后才会开始执行自己,自己执行完毕后,再会取消阻塞,使这个queue中排在它后面的任务继续执行。

如果你传入的是其他的queue, 那么它就和dispatch_async一样了。

func dispatch_barrier_sync(_ queue: dispatch_queue_t, _ block: dispatch_block_t):

这个方法的使用和上一个一样,传入自定义的并发队列(DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT),它和上一个方法一样的阻塞queue,不同的是 这个方法还会阻塞当前线程

如果你传入的是其他的queue, 那么它就和dispatch_sync一样了。


3.NSTread

这套方案是经过苹果封装后的,并且完全面向对象的。所以你可以直接操控线程对象,非常直观和方便。但是,它的生命周期还是需要我们手动管理。

创建线程启动:

// 创建

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:nil];

// 启动

[thread start];

创建线程并启动:

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

使用NSObject的方法创建并启动:

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

其他常用方法:

//取消线程

- (void)cancel;

//启动线程

- (void)start;

//判断某个线程的状态的属性

@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;

@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;

@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;

//设置和获取线程名字

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

-(NSString *)name;

//获取当前线程信息

+ (NSThread *)currentThread;

//获取主线程信息

+ (NSThread *)mainThread;

//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;


4.NSOperation和NSOperationQueue

NSOperation 是苹果公司对 GCD 的封装,完全面向对象。 NSOperation 和 NSOperationQueue分别对应 GCD 的任务 和 队列。

操作步骤:

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。

然后系统就会自动在执行任务。至于同步还是异步、串行还是并行请继续往下看:

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。

NSInvocationOperation : 需要传入一个方法名。

//1.创建NSInvocationOperation对象

NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];

//2.开始执行

[operation start];

NSBlockOperation

//1.创建NSBlockOperation对象

NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

}];

//2.开始任务

[operation start];

之前说过这样的任务,默认会在当前线程执行。但是NSBlockOperation还有一个方法:addExecutionBlock:,通过这个方法可以给 Operation 添加多个执行 Block。这样 Operation 中的任务会并发执行,它会在主线程和其它的多个线程执行这些任务,注意下面的打印结果:

//1.创建NSBlockOperation对象

NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

}];

//添加多个Block

for (NSInteger i = 0; i < 5; i++) {

[operation addExecutionBlock:^{

NSLog(@"第%ld次:%@", i, [NSThread currentThread]);

}];

}

//2.开始任务

[operation start];

打印输出

2015-07-28 17:50:16.585 test[17527:4095467] 第2次 - {number = 1, name = main}

2015-07-28 17:50:16.585 test[17527:4095666] 第1次 - {number = 4, name = (null)}

2015-07-28 17:50:16.585 test[17527:4095665] {number = 3, name = (null)}

2015-07-28 17:50:16.585 test[17527:4095662] 第0次 - {number = 2, name = (null)}

2015-07-28 17:50:16.586 test[17527:4095666] 第3次 - {number = 4, name = (null)}

2015-07-28 17:50:16.586 test[17527:4095467] 第4次 - {number = 1, name = main}

NOTE:addExecutionBlock方法必须在start()方法之前执行,否则就会报错:

‘*** -[NSBlockOperation addExecutionBlock:]: blocks cannot be added after the operation has started executing or finished'

​自定义Operation

除了上面的两种 Operation 以外,我们还可以自定义 Operation。自定义 Operation 需要继承NSOperation类,并实现其main()方法,因为在调用start()方法的时候,内部会调用main()方法完成相关逻辑。所以如果以上的两个类无法满足你的欲望的时候,你就需要自定义了。你想要实现什么功能都可以写在里面。除此之外,你还需要实现cancel()在内的各种方法。所以这个功能提供给高级玩家,我在这里就不说了,等我需要用到时在研究它,到时候可能会再做更新。

创建队列

看过上面的内容就知道,我们可以调用一个NSOperation对象的start()方法来启动这个任务,但是这样做他们默认是同步执行的。就算是addExecutionBlock方法,也会在当前线程和其他线程中执行,也就是说还是会占用当前线程。这是就要用到队列NSOperationQueue了。而且,按类型来说的话一共有两种类型:主队列、其他队列。只要添加到队列,会自动调用任务的 start() 方法

主队列

细心的同学就会发现,每套多线程方案都会有一个主线程(当然啦,说的是iOS中,像 pthread 这种多系统的方案并没有,因为UI线程理论需要每种操作系统自己定制)。这是一个特殊的线程,必须串行。所以添加到主队列的任务都会一个接一个地排着队在主线程处理。

//OBJECTIVE-C

NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];

其他队列

因为主队列比较特殊,所以会单独有一个类方法来获得主队列。那么通过初始化产生的队列就是其他队列了,因为只有这两种队列,除了主队列,其他队列就不需要名字了。

注意:其他队列的任务会在其他线程并行执行。

OBJECTIVE-C

//1.创建一个其他队列

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

//2.创建NSBlockOperation对象

NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

}];

//3.添加多个Block

for (NSInteger i = 0; i < 5; i++) {

[operation addExecutionBlock:^{

NSLog(@"第%ld次:%@", i, [NSThread currentThread]);

}];

}

//4.队列添加任务

[queue addOperation:operation];

打印输出

2015-07-28 20:26:28.463 test[18622:4443534] {number = 5, name = (null)}

2015-07-28 20:26:28.463 test[18622:4443536] 第2次 - {number = 2, name = (null)}

2015-07-28 20:26:28.463 test[18622:4443535] 第0次 - {number = 4, name = (null)}

2015-07-28 20:26:28.463 test[18622:4443533] 第1次 - {number = 3, name = (null)}

2015-07-28 20:26:28.463 test[18622:4443534] 第3次 - {number = 5, name = (null)}

2015-07-28 20:26:28.463 test[18622:4443536] 第4次 - {number = 2, name = (null)}

OK, 这时应该发问了,大家将NSOperationQueue与GCD的队列相比较就会发现,这里没有串行队列,那如果我想要10个任务在其他线程串行的执行怎么办?

这就是苹果封装的妙处,你不用管串行、并行、同步、异步这些名词。NSOperationQueue有一个参数maxConcurrentOperationCount最大并发数,用来设置最多可以让多少个任务同时执行。当你把它设置为1的时候,他不就是串行了嘛!

NSOperationQueue还有一个添加任务的方法,- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;,这是不是和 GCD 差不多?这样就可以添加一个任务到队列中了,十分方便。

NSOperation有一个非常实用的功能,那就是添加依赖。比如有 3 个任务:A: 从服务器上下载一张图片,B:给这张图片加个水印,C:把图片返回给服务器。这时就可以用到依赖了:

OBJECTIVE-C

//1.任务一:下载图片

NSBlockOperation *operation1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

NSLog(@"下载图片 - %@", [NSThread currentThread]);

[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];

}];

//2.任务二:打水印

NSBlockOperation *operation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

NSLog(@"打水印  - %@", [NSThread currentThread]);

[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];

}];

//3.任务三:上传图片

NSBlockOperation *operation3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

NSLog(@"上传图片 - %@", [NSThread currentThread]);

[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];

}];

//4.设置依赖

[operation2 addDependency:operation1];      //任务二依赖任务一

[operation3 addDependency:operation2];      //任务三依赖任务二

//5.创建队列并加入任务

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

[queue addOperations:@[operation3, operation2, operation1] waitUntilFinished:NO];

打印结果

2015-07-28 21:24:28.622 test[19392:4637517] 下载图片 - {number = 2, name = (null)}

2015-07-28 21:24:29.622 test[19392:4637515] 打水印  - {number = 3, name = (null)}

2015-07-28 21:24:30.627 test[19392:4637515] 上传图片 - {number = 3, name = (null)}

注意:不能添加相互依赖,会死锁,比如 A依赖B,B依赖A。

可以使用removeDependency来解除依赖关系。

可以在不同的队列之间依赖,反正就是这个依赖是添加到任务身上的,和队列没关系。

其他方法

以上就是一些主要方法, 下面还有一些常用方法需要大家注意:

NSOperation

BOOL executing;                    //判断任务是否正在执行

BOOL finished;                    //判断任务是否完成

void (^completionBlock)(void);        //用来设置完成后需要执行的操作

- (void)cancel;                    //取消任务

- (void)waitUntilFinished;            //阻塞当前线程直到此任务执行完毕

NSOperationQueue

NSUInteger operationCount;        //获取队列的任务数

- (void)cancelAllOperations;        //取消队列中所有的任务

- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished;    //阻塞当前线程直到此队列中的所有任务执行完毕

[queue setSuspended:YES];          // 暂停queue

[queue setSuspended:NO];          // 继续queue

好啦,到这里差不多就讲完了。当然,我讲的并不完整,可能有一些知识我并没有讲到,但作为常用方法,这些已经足够了。不过我在这里只是告诉你了一些方法的功能,只是怎么把他们用到合适的地方,就需要多多实践了。下面我会说一些关于多线程的案例,是大家更加什么地了解。

其他用法

在这部分,我会说一些和多线程知识相关的案例,可能有些很简单,大家早都知道的,不过因为这篇文章讲的是多线程嘛,所以应该尽可能的全面嘛。还有就是,我会尽可能的使用多种方法实现,让大家看看其中的区别。

线程同步

所谓线程同步就是为了防止多个线程抢夺同一个资源造成的数据安全问题,所采取的一种措施。当然也有很多实现方法,请往下看:

互斥锁:给需要同步的代码块加一个互斥锁,就可以保证每次只有一个线程访问此代码块。

OBJECTIVE-C

@synchronized(self) {

//需要执行的代码块

}

同步执行:我们可以使用多线程的知识,把多个线程都要执行此段代码添加到同一个串行队列,这样就实现了线程同步的概念。当然这里可以使用GCD和NSOperation两种方案,我都写出来。

OBJECTIVE-C

//GCD

//需要一个全局变量queue,要让所有线程的这个操作都加到一个queue中

dispatch_sync(queue, ^{

NSInteger ticket = lastTicket;

[NSThread sleepForTimeInterval:0.1];

NSLog(@"%ld - %@",ticket, [NSThread currentThread]);

ticket -= 1;

lastTicket = ticket;

});

//NSOperation & NSOperationQueue

//重点:1. 全局的 NSOperationQueue, 所有的操作添加到同一个queue中

//      2. 设置 queue 的 maxConcurrentOperationCount 为 1

//      3. 如果后续操作需要Block中的结果,就需要调用每个操作的waitUntilFinished,阻塞当前线程,一直等到当前操作完成,才允许执行后面的。waitUntilFinished 要在添加到队列之后!

NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

NSInteger ticket = lastTicket;

[NSThread sleepForTimeInterval:1];

NSLog(@"%ld - %@",ticket, [NSThread currentThread]);

ticket -= 1;

lastTicket = ticket;

}];

[queue addOperation:operation];

[operation waitUntilFinished];

//后续要做的事

延迟执行

所谓延迟执行就是延时一段时间再执行某段代码。下面说一些常用方法。

perform

OBJECTIVE-C

// 3秒后自动调用self的run:方法,并且传递参数:@"abc"

[self performSelector:@selector(run:) withObject:@"abc" afterDelay:3];

GCD

可以使用 GCD 中的dispatch_after方法,OC 和 Swift 都可以使用,这里只写 OC 的,Swift 的是一样的。

OBJECTIVE-C

// 创建队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// 设置延时,单位秒

double delay = 3;

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(delay * NSEC_PER_SEC)), queue, ^{

// 3秒后需要执行的任务

});

NSTimer

NSTimer 是iOS中的一个计时器类,除了延迟执行还有很多用法,不过这里直说延迟执行的用法。同样只写 OC 版的,Swift 也是相同的。

OBJECTIVE-C

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3.0 target:self selector:@selector(run:) userInfo:@"abc" repeats:NO];

单例模式

至于什么是单例模式,我也不多说,我只说说一般怎么实现。在 Objective-C 中,实现单例的方法已经很具体了,虽然有别的方法,但是一般都是用一个标准的方法了,下面来看看。

OBJECTIVE-C

@interface Tool : NSObject

+ (instancetype)sharedTool;

@end

@implementation Tool

static id _instance;

+ (instancetype)sharedTool {

static dispatch_once_t onceToken;

dispatch_once(&onceToken, ^{

_instance = [[Tool alloc] init];

});

return _instance;

}

@end

这里之所以将单例模式,是因为其中用到了 GCD 的dispatch_once方法。

从其他线程回到主线程的方法

我们都知道在其他线程操作完成后必须到主线程更新UI。所以,介绍完所有的多线程方案后,我们来看看有哪些方法可以回到主线程。

NSThread

//Objective-C

[self performSelectorOnMainThread:@selector(run) withObject:nil waitUntilDone:NO];

GCD

//Objective-C

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

});

NSOperationQueue

//Objective-C

[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{

}];

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