iOS开发之我所理解的多线程
benson_xin
8年前
<h2><strong>前言</strong></h2> <p>多线程开发在iOS中有着举足轻重的位置，学习好多线程是每一个iOS Developer必须要掌握的技能。今天就聊一聊多线程的相关知识。</p> <h2><strong>1.基本概念</strong></h2> <p><strong>进程</strong></p> <ul> <li>进程代表当前运行的一个程序</li> <li>是系统分配资源的基本单位</li> <li>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</li> <li>比如同时打开QQ、Xcode，系统就会分别启动2个进程</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/ef49fed0cbd7c073163ede1b643203a9.png"></p> <ul> <li>进程可以理解为一个工厂</li> <li>通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程</li> </ul> <p><strong>线程</strong></p> <ul> <li>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</li> <li>一个进程含有一个线程或多个线程</li> <li>应用程序打开后会默认开辟一个线程叫做主线程或者UI线程</li> <li>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</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/3ebd01735d76e725ab0d258adac839a2.png"></p> <ul> <li>线程可以理解为工厂里的工人</li> </ul> <p><strong>串行</strong></p> <ul> <li>多个任务按顺序执行</li> <li>类似于一个窗口办公排队</li> <li>也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务</li> <li>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）就要依次执行</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/36137c8ead12634c5e83dc618620e8cc.png"></p> <p><strong>并行</strong></p> <ul> <li>多个任务同一时间一起执行</li> <li>类似于多个窗口办公</li> <li>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），同时执行</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/4e5039bb563e8c9686aab327d5ddded7.png"></p> <p><strong>并发</strong></p> <ul> <li>很多人容易认为并发和并行是一个意思，但实际上他们有本质的区别</li> <li>并发看起来像多个任务同一时间一起执行</li> <li>但实际上是CPU快速的轮转切换造成的假象</li> </ul> <p><strong>多线程</strong></p> <ul> <li>本质 <ul> <li>在一个进程中开启多个线程并发执行</li> </ul> </li> <li>原理 <ul> <li>同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）</li> <li>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）</li> <li>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</li> </ul> </li> <li>优点 <ul> <li>能适当提高程序的执行效率</li> <li>能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）</li> </ul> </li> <li> <p>缺点</p> <ul> <li>线程需要耗费系统资源</li> <li>主线程需要消耗栈空间的1MB资源</li> <li>其他线程每个消耗512KB资源</li> <li> <p>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</p> </li> <li> <p>不推荐过多使用</p> </li> </ul> </li> </ul> <p><strong>主线程</strong></p> <ul> <li>概念 <ul> <li>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”</li> </ul> </li> <li>作用 <ul> <li>显示\刷新UI界面</li> <li>处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）</li> </ul> </li> <li>注意 <ul> <li>别将比较耗时的操作放到主线程中</li> <li>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</li> </ul> </li> </ul> <p><strong>耗时操作的执行</strong></p> <ul> <li>放到主线程</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/cf5fe9824f45cb2a4086d1f15f4198d8.png"></p> <ul> <li>因为在主线程中的任务是按照顺序依次执行的</li> <li>如果把耗时操作放在主线程里，会等待它执行完后才能执行其他操作</li> <li>如果在等待执行完毕的时间里点击了其他控件就会给用于一种卡住的感觉，严重影响用户体验</li> </ul> <ul> <li>放到子线程</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/0799762f76e3c15cb03e7c577e2ef6a4.png"></p> <ul> <li>在用户点击按钮的时候就会做出反应</li> <li>两个线程同时执行，互不影响</li> </ul> <p>iOS中多线程的实现方案</p> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/51318143e708ac638e6ff1096a2421d9.png"></p> <h2><strong>2.多线程实现</strong></h2> <h3><strong>PThread</strong></h3> <ul> <li>简单了解</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">- (IBAction)buttonClick:(id)sender { pthread_t thread; pthread_create(&thread, NULL, run, NULL); pthread_t thread2; pthread_create(&thread2, NULL, run, NULL); } void * run(void *param) { for (NSInteger i = 0; i<50000; i++) { NSLog(@"------buttonClick---%zd--%@", i, [NSThread currentThread]); } return NULL; }</code></pre> <h3><strong>NSThread</strong></h3> <ul> <li> <p>基本创建方法</p> </li> <li> <p>一个NSThread对象就代表一条线程</p> </li> <li>创建、启动线程</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadAction) object:nil]; // 需要手动开启线程 [thread start];</code></pre> <ul> <li>主线程相关用法</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">// 获得主线程 + (NSThread *)mainThread; // 是否为主线程 - (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程 + (BOOL)isMainThread;</code></pre> <ul> <li>获得当前线程</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">NSThread *current = [NSThread currentThread];</code></pre> <ul> <li>线程的名字</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">- (void)setName:(NSString *)name; - (NSString *)name;</code></pre> <ul> <li> <p>其他创建方法</p> <ul> <li> <p>创建线程后自动启动线程</p> <pre> <code class="language-objectivec">[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadAction)toTarget:self withObject:nil]</code></pre> </li> <li> <p>隐式创建并启动线程</p> <pre> <code class="language-objectivec">[self performSelectorInBackground:@selector(threadAction) withObject:nil];</code></pre> </li> </ul> </li> <li>上述2种创建线程方式的优缺点 <ul> <li>优点：简单快捷</li> <li>缺点：无法对线程进行更详细的设置</li> </ul> </li> </ul> <h3><strong>GCD</strong></h3> <ul> <li>概念 <ul> <li>全称是Grand Central Dispatch，可译为“牛逼的中枢调度器”</li> <li>纯C语言，提供了非常多强大的函数</li> </ul> </li> <li>优势 <ul> <li>GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案</li> <li>GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）</li> <li>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）</li> <li>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</li> </ul> </li> </ul> <p><strong>GCD中有2个核心概念</strong></p> <ul> <li>任务：执行什么操作</li> <li> <p>队列：用来存放任务</p> </li> <li> <p>GCD的使用就2个步骤</p> <ul> <li>定制任务</li> <li>确定想做的事情</li> </ul> </li> <li> <p>将任务添加到队列中</p> <ul> <li>GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行</li> <li>任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出</li> </ul> </li> </ul> <p><strong>执行任务</strong></p> <ul> <li>GCD中有2个用来执行任务的函数</li> <li>用同步的方式执行任务</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">// queue：队列 // block：任务 dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);</code></pre> <ul> <li>用异步的方式执行任务</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);</code></pre> <ul> <li>同步和异步的区别 <ul> <li>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</li> <li>异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力</li> </ul> </li> </ul> <p><strong>队列的类型</strong></p> <ul> <li> <p>GCD的队列可以分为2大类型</p> <ul> <li> <p>并发队列（Concurrent Dispatch Queue）</p> <ul> <li> <p>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）</p> <p>并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效</p> </li> </ul> </li> <li> <p>串行队列（Serial Dispatch Queue）</p> <ul> <li>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）</li> </ul> </li> </ul> </li> </ul> <p><strong>容易混淆的术语</strong></p> <ul> <li>有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行</li> <li> <p>同步和异步主要影响：能不能开启新的线程</p> <ul> <li>同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力</li> <li>异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力</li> </ul> </li> <li> <p>并发和串行主要影响：任务的执行方式</p> <ul> <li>并发：多个任务并发（同时）执行</li> <li>串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务</li> </ul> </li> </ul> <p><strong>并发队列</strong></p> <ul> <li>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</li> <li>使用dispatch_get_global_queue函数获得全局的并发队列 <pre> <code class="language-objectivec">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</code></pre> </li> <li>全局并发队列的优先级 <pre> <code class="language-objectivec">#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</code></pre> </li> </ul> <p><strong>串行队列</strong></p> <ul> <li>GCD中获得串行有2种途径</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">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.itcast.queue", NULL); // 创建 dispatch_release(queue); // 非ARC需要释放手动创建的队列</code></pre> <ul> <li>使用主队列（跟主线程相关联的队列）</li> <li>主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列</li> <li>放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行</li> <li>使用dispatch_get_main_queue()获得主队列 <pre> <code class="language-objectivec">dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();</code></pre> </li> </ul> <p><strong>各种队列的执行效果</strong></p> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/6e0a8ec8de19f7a5a09c1f19d71eaf4c.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/9018efd23c76423f353e96dbd015a7e8.png"></p> <ul> <li>注意： <ul> <li>使用sync函数往当前串行队列中添加任务，会卡住当前的串行队列</li> </ul> </li> </ul> <p><strong>线程间通信示例</strong></p> <ul> <li>从子线程回到主线程</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">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 }); });</code></pre> <p><strong>延时执行</strong></p> <ul> <li> <p>iOS常见的延时执行有2种方式</p> <ul> <li> <p>调用NSObject的方法</p> <pre> <code class="language-objectivec">[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0]; // 2秒后再调用self的run方法</code></pre> </li> <li> <p>使用GCD函数</p> <pre> <code class="language-objectivec">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... });</code></pre> </li> </ul> </li> </ul> <p><strong>队列组</strong></p> <ul> <li> <p>有这么1种需求</p> <ul> <li>首先：分别异步执行2个耗时的操作</li> <li>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</li> </ul> </li> <li> <p>如果想要快速高效地实现上述需求，可以考虑用队列组</p> </li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">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... });</code></pre> <p><strong>写单例使用的线程</strong></p> <ul> <li>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 <pre> <code class="language-objectivec">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) });</code></pre> </li> </ul> <p><strong>单例模式</strong></p> <ul> <li> <p>作用</p> <ul> <li> <p>可以保证在程序运行过程，一个类只有一个实例，而且该实例易于供外界访问</p> <p>从而方便地控制了实例个数，并节约系统资源</p> </li> </ul> </li> <li> <p>使用场合</p> <ul> <li>在整个应用程序中，共享一份资源（这份资源只需要创建初始化1次）</li> </ul> </li> <li> <p>单例模式在ARC\MRC环境下的写法有所不同，需要编写2套不同的代码</p> </li> <li>可以用宏判断是否为ARC环境</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">#if __has_feature(objc_arc) // ARC #else // MRC #endif</code></pre> <p><strong>单例模式（ARC）</strong></p> <pre> <code class="language-objectivec">// 在.m中保留一个全局的static的实例 static id _instance; // 重写allocWithZone:方法，在这里创建唯一的实例（注意线程安全） + (id)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone { @synchronized(self) { if (!_instance) { _instance = [super allocWithZone:zone]; } } return _instance; }</code></pre> <ul> <li>提供1个类方法让外界访问唯一的实例</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">+ (instancetype)sharedSoundTool { @synchronized(self) { if (!_instance) { _instance = [[self alloc] init]; } } return _instance; }</code></pre> <ul> <li>实现copyWithZone:方法</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">- (id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone { return _instance; }</code></pre> <p><strong>单例模式 – MRC</strong></p> <ul> <li>MRC里，单例模式的实现（比ARC多了几个步骤）</li> <li>实现内存管理方法</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">- (id)retain { return self; } - (NSUInteger)retainCount { return 1; } - (oneway void)release {} - (id)autorelease { return self; }</code></pre> <h3><strong>NSOperation</strong></h3> <ul> <li>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</li> <li>系统为我们提供了NSOperation的子类我们可以直接使用</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">// NSInvocationOperation *operation1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(operationAction) object:nil]; NSBlockOperation *operation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ NSLog(@"haha ----- %@", [NSThread currentThread]); }]; // 队列 NSOperationQueue *operationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init]; // 任务1完事以后才执行任务2 [operation2 addDependency:operation1]; // 设置最大并发数() operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 4; [operationQueue addOperationWithBlock:^{ NSLog(@"hello ------ %@", [NSThread currentThread]); }]; [operationQueue addOperation:operation1]; [operationQueue addOperation:operation2];</code></pre> <h3><strong>NSOperation 对比 GCD</strong></h3> <ul> <li>GCD效率更高，使用起来也很方便</li> <li>NSOperation面向对象，可读性更高，架构更清晰，对于复杂多线程场景，如并发中存在串行，和设置最大并发数,拥有现在的API，使用起来特别简单</li> </ul> <h2><strong>3.线程的状态</strong></h2> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/8726498b6fddd5c6bd074fba0e92b530.png"></p> <p><strong>控制线程的状态</strong></p> <ul> <li>启动线程</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">// 进入就绪状态->运行状态。 当线程执行完毕自动进入死亡状态。 - (void)start;</code></pre> <ul> <li>阻塞（暂停）线程</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">// 进入阻塞状态 + (void)sleepUntilData:(NSDate *)data; + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;</code></pre> <ul> <li>强制停止状态</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">// 进入死亡状态 + (void)exit;</code></pre> <ul> <li>注意 <ul> <li>一旦线程停止（死亡）了，就不能再次开启任务</li> </ul> </li> </ul> <p><strong>多线程的安全隐患问题</strong></p> <ul> <li>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</li> <li>比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件</li> <li>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</li> <li>比如下面这个例子</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/3690890a8c097a68d2b36a6e8eda2c73.png"></p> <ul> <li>线程A从内存中拿出一个Integer类型的值，为17；进行加1操作后变为18，然后返回给内存</li> <li>线程B同时从内存中拿出一个Integer类型的值，为17；进行加1操作后变为18，然后返回给内存</li> <li>出现的问题就是分别在两个线程中做了加1操作，然而最后的结果只显示了一次加1的结果，出现了数据错乱的问题，正确结果应该是变为20</li> </ul> <ul> <li>解决方案，使用互斥锁</li> </ul> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/76d5b969969a6d6ce1e1a232a806f435.png"></p> <ul> <li>线程A进入内存读取值得时候先加一把锁，让外界无法拿到17进行修改，等线程A对17做完加1操作后返回给内存后，在解锁</li> <li>此时如果线程B来内存中想要修改17的时候，发现上了锁，只能等待线程A做完操作后才能修改值，而A操作完后此时的值已经变成了18，B从内存中要修改的话，直接从内存中拿到的就是18，开始修改，然后加锁不让其他线程进来。改完过后，在解锁。方便下一个线程进来修改。。</li> </ul> <h3><strong>互斥锁</strong></h3> <ul> <li>使用前提 <ul> <li>多条线程抢夺同一块资源</li> </ul> </li> <li>相关专业术语 <ul> <li>线程同步</li> </ul> </li> <li>互斥锁使用格式</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">@synchronized(锁对象) { //需要锁定的代码 }</code></pre> <ul> <li>注意： <ul> <li>锁定1份代码只用一把锁，用多把锁是无效的</li> <li>为了保证唯一性，锁对象一般填self</li> </ul> </li> <li>互斥锁的优缺点 <ul> <li>优点： <ul> <li>能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题</li> </ul> </li> <li>缺点 <ul> <li>需要消耗大量的CPU资源</li> </ul> </li> </ul> </li> </ul> <h3><strong>线程间通信</strong></h3> <ul> <li>概念 <ul> <li>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</li> </ul> </li> <li>表现 <ul> <li>1个线程传递数据给另1个线程</li> <li>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</li> </ul> </li> <li>线程间通信常用方法</li> </ul> <pre> <code class="language-objectivec">- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thread withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;</code></pre> <ul> <li> <p>例子</p> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/96f6ae85c3ef65873ffccd911fa809d5.png"></p> <ul> <li>在子线程中做耗时的操作，比如下载图片</li> <li>在子线程中操作完后要回到主线程做UI的刷新操作（显示图片）</li> </ul> </li> </ul> <h2><strong>最后</strong></h2> <p>多线程在开发中非常重要，非常重要，非常重要，一定要熟练掌握。</p> <p> </p> <p>来自：http://www.jianshu.com/p/1325b91a1f1a</p> <p> </p>