iOS开发之多线程
进程
什么是进程
进程是指在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
比如同时打开QQ、Xcode，系统就会分别启动2个进程
通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程
线程
什么是线程
1个进程要想执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1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
比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影，都需要在线程中执行
线程的串行
1个线程中任务的执行是串行的
如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务
也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务
比如在1个线程中下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C）
因此，也可以认为线程是进程中的1条执行路径
多线程
什么是多线程
1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
进程 车间，线程 车间工人
多线程技术可以提高程序的执行效率
比如同时开启3条线程分别下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C）
多线程的原理
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）
多线程的优缺点
多线程的优点
- 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）
多线程的缺点
- 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1M，子线程占用512KB），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
多线程在iOS开发中的应用
什么是主线程
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
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
别将比较耗时的操作放到主线程中
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
iOS中多线程的实现方案
|
技术方案 |
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 |
|
NSThread |
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 |
旨在替代NSThread等线程技术 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多了一些更简单实用的功能 使用更加面向对象 |
OC
|
自动管理
|
经常使用
|
NSThread
创建和启动线程
一个NSThread对象就代表一条线程
创建、启动线程
1 NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil]; 2 [thread start]; 3 // 线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法
主线程相关用法
1 + (NSThread *)mainThread; // 获得主线程 2 - (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程 3 + (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
其他用法
获得当前线程
1 NSThread *current = [NSThread currentThread];
线程的调度优先级
1 + (double)threadPriority; 2 + (BOOL)setThreadPriority:(double)p; 3 - (double)threadPriority; 4 - (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
线程的名字
1 - (void)setName:(NSString *)n; 2 - (NSString *)name;
其他创建线程方式
创建线程后自动启动线程
1 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
隐式创建并启动线程
1 [self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
上述2种创建线程方式的优缺点
优点：简单快捷
缺点：无法对线程进行更详细的设置
线程的状态
1 NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil]; 2 [thread start];
控制线程状态
启动线程
1 - (void)start; 2 // 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
阻塞（暂停）线程
1 (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date; 2 + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti; 3 // 进入阻塞状态
强制停止线程
1 + (void)exit; 2 // 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
多线程的安全隐患
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
安全隐患示例01 – 存钱取钱
安全隐患示例02 – 卖票
安全隐患分析
安全隐患解决 – 互斥锁
互斥锁使用格式
1 @synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码 } 2 3 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
原子和非原子属性
OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择
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
atomic加锁原理
1 @property (assign, atomic) int age; 2 3 - (void)setAge:(int)age 4 5 { 6 7 @synchronized(self) { 8 9 _age = age; 10 11 } 12 13 }
原子和非原子属性的选择
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
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
线程间通信
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
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
线程间通信常用方法
1 - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; 2 - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
线程间通信示例 – 图片下载
GCD
简介
什么是GCD
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
GCD的优势
- 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（比如双核、四核）
- 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
GCD中有2个核心概念
- 任务：执行什么操作
- 队列：用来存放任务
GCD的使用就2个步骤
1、定制任务
确定想做的事情
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
执行任务
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);
同步和异步的区别
- 同步：需要等待执行完毕才能返回
- 异步：不需要等待执行完毕立即返回
队列的类型
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）
容易混淆的术语
有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行
同步和异步决定了要不要开启新的线程
- 同步：等待任务完成
- 异步：不等待任务完成，立即返回
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
并发队列
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
1 dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue( 2 3 dispatch_queue_priority_t priority, // 队列的优先级 4 5 unsigned long flags); // 此参数暂时无用，用0即可 6 7 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
1 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高 2 3 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默认（中） 4 5 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低 6 7 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台
串行队列
GCD中获得串行有2种途径
使用dispatch_queue_create函数创建串行队列
1 dispatch_queue_t 2 3 dispatch_queue_create(const char *label, // 队列名称 4 5 dispatch_queue_attr_t attr); // 队列属性，一般用NULL即可 6 7 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cn.itcast.queue", NULL); // 创建 8 9 dispatch_release(queue); // 非ARC需要释放手动创建的队列
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
1 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
各种队列的执行效果
线程间通信示例
从子线程回到主线程
1 dispatch_async( 2 3 dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ 4 5 // 执行耗时的异步操作... 6 7 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ 8 9 // 回到主线程，执行UI刷新操作 10 11 }); 12 13 });
延时执行
iOS常见的延时执行有2种方式
调用NSObject的方法
1 [self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0]; 2 3 // 2秒后再调用self的run方法
使用GCD函数
1 dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{ 2 3 // 2秒后异步执行这里的代码... 4 5 });
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
1 static dispatch_once_t onceToken; 2 3 dispatch_once(&onceToken, ^{ 4 5 // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的) 6 7 });
队列组
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
如果想要快速高效地实现上述需求，可以考虑用队列组
1 dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); 2 3 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ 4 5 // 执行1个耗时的异步操作 6 7 }); 8 9 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ 10 11 // 执行1个耗时的异步操作 12 13 }); 14 15 dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ 16 17 // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程... 18 19 });
NSOperation
简介
NSOperation的作用
配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能实现多线程编程
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
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3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
1 - (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;
调用start方法开始执行操作
1 - (void)start; 2 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
NSBlockOperation
创建NSBlockOperation对象
1 + (id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
通过addExecutionBlock:方法添加更多的操作
1 - (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
1 - (void)addOperation:(NSOperation *)op; 2 3 - (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
最大并发数
什么是并发数
同时执行的任务数
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
1 - (NSInteger)maxConcurrentOperationCount; 2 3 - (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;
队列的取消、暂停、恢复
取消队列的所有操作
1 - (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
1 - (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暂停队列，NO代表恢复队列 2 3 - (BOOL)isSuspended;
操作优先级
设置NSOperation在queue中的优先级，可以改变操作的执行优先级
1 - (NSOperationQueuePriority)queuePriority; 2 3 - (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;
优先级的取值
1 NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L, 2 3 NSOperationQueuePriorityLow = -4L, 4 5 NSOperationQueuePriorityNormal = 0, 6 7 NSOperationQueuePriorityHigh = 4, 8 9 NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
操作依赖
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
可以在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系
操作的监听
可以监听一个操作的执行完毕
1 - (void (^)(void))completionBlock; 2 - (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;
自定义NSOperation
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
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
自定义NSOperation下载图片思路
