Objective-C 多線程

2019-11-09 19:06:21

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供稿：網(wǎng)友

我們介紹多線程首先我們需要一些基礎(chǔ)知識(shí)一下我們一一介紹

進(jìn)程

進(jìn)程：指在系統(tǒng)中正在運(yùn)行的一個(gè)應(yīng)用程序，每個(gè)進(jìn)程是獨(dú)立，每個(gè)京城都運(yùn)行在其專用受保護(hù)的內(nèi)存空間。這也就是說多進(jìn)程要比多線程健壯我們之后介紹。

線程

線程：是進(jìn)程的基本執(zhí)行單元，一個(gè)進(jìn)程的所有任務(wù)都在線程中執(zhí)行，在一個(gè)線程中任務(wù)都是串行（順序執(zhí)行）。

線程通信

線程通信：在一個(gè)進(jìn)程中，線程往往不是孤立存在的，多個(gè)線程之間需要經(jīng)常進(jìn)行通信，比如一個(gè)線程傳遞數(shù)據(jù)給另一個(gè)線程，執(zhí)行完一個(gè)線程的任務(wù)后在執(zhí)行另一個(gè)線程。

多線程

多線程：一個(gè)進(jìn)程中開啟多條線程，每條線程并發(fā)（同時(shí)）執(zhí)行不同的任務(wù)，多線程可以提高程序的執(zhí)行效率。

原理

同一時(shí)間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執(zhí)行），多線程并發(fā)（同時(shí)）執(zhí)行，其實(shí)是CPU快速地在多條線程之間調(diào)度（切換），如果CPU調(diào)度線程的時(shí)間足夠快，就造成了多線程并發(fā)執(zhí)行的假象。同樣如果頻繁的切換線程，使得CPU在N個(gè)線程之間調(diào)度，消耗大量的的CPU資源使得線程的執(zhí)行效率降低，多線程開發(fā)我們要找到平衡點(diǎn)，控制線程的數(shù)量。

優(yōu)點(diǎn)

提高程序的執(zhí)行效率，不會(huì)因?yàn)橐恍┖臅r(shí)操作影響其他功能正常運(yùn)行同時(shí)還可以提高資源利用率，CPU和內(nèi)存的利用率。

缺點(diǎn)

開啟線程會(huì)占用一定的內(nèi)存空間，如果大量的開啟線程會(huì)占用大量的內(nèi)存空間，同時(shí)CPU在調(diào)度線程上也會(huì)占用資源，在程序設(shè)計(jì)會(huì)變得復(fù)雜，線程的通信和數(shù)據(jù)的共享等等。

iOS的多線程的實(shí)現(xiàn)目前有4種：Pthread, NSThread, GCD, NSOperation，以下我們分別介紹。

Pthread

Pthread是一套通用的API，多個(gè)平臺(tái)支持，它是基于C語言的，線程的生命周期需要我們手動(dòng)管理，使用難度大，平時(shí)開發(fā)基本不用。我們還是來一個(gè)簡(jiǎn)單的例子

//創(chuàng)建一個(gè)線程并自動(dòng)執(zhí)行 pthread_create(&thread, NULL, start, NULL);

NSThread

NSThread是Objective-C對(duì)C語言Pthread的封裝，面向?qū)ο蠛?jiǎn)單易用，可直接操作線程對(duì)象，同樣生命周期需要我們管理。開發(fā)中不常使用，以下是對(duì)NSThread方法得說明。

創(chuàng)建、啟動(dòng)線程N(yùn)SThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];[thread start];主線程相關(guān)用法+ (NSThread *)mainThread; // 獲得主線程- (BOOL)isMainThread; // 是否為主線程+ (BOOL)isMainThread; // 是否為主線程獲得當(dāng)前線程 NSThread *current = [NSThread currentThread];線程的名字- (void)setName:(NSString *)n;- (NSString *)name;線程的調(diào)度優(yōu)先級(jí),調(diào)度優(yōu)先級(jí)的取值范圍是0.0 ~ 1.0，默認(rèn)0.5，值越大，優(yōu)先級(jí)越高+ (double)threadPRiority;+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;- (double)threadPriority;- (BOOL)setThreadPriority:(double)p;創(chuàng)建線程后自動(dòng)啟動(dòng)線程[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(test) toTarget:self withObject:nil];隱式創(chuàng)建并啟動(dòng)線程[self performSelectorInBackground:@selector(test) withObject:nil];控制線程狀態(tài)//啟動(dòng)線程- (void)start; //阻塞（暫停）線程+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;//強(qiáng)制停止線程+ (void)exit;//線程停止了，就不能再次開啟任務(wù)

-線程間通信常用方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

GCD

GCD全稱是Grand Central Dispatch，蘋果公司為多核的并行運(yùn)算提出的解決方案，會(huì)自動(dòng)利用更多的CPU內(nèi)核（比如雙核、四核），會(huì)自動(dòng)管理線程的生命周期（創(chuàng)建線程、調(diào)度任務(wù)、銷毀線程），雖然是純C語言，基于Block實(shí)現(xiàn)，但是使用起來非常方便。想要更深的了解GCD就必須知道任務(wù)和隊(duì)列。

任務(wù)

任務(wù)：就是需要執(zhí)行的操作，我們可以定制任務(wù)，任務(wù)的執(zhí)行分為同步執(zhí)行和異步執(zhí)行，區(qū)別在于是否開啟新的線程。

同步執(zhí)行

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

異步執(zhí)行

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

隊(duì)列

隊(duì)列：就是用來存放任務(wù)，把我們定制的任務(wù)存放在隊(duì)列中，GCD會(huì)自動(dòng)將隊(duì)列中的任務(wù)取出，放到對(duì)應(yīng)的線程中執(zhí)行，任務(wù)的取出遵循隊(duì)列FIFO原則：先進(jìn)先出，后進(jìn)后出。隊(duì)列分為兩大類型：并發(fā)隊(duì)列和串行隊(duì)列。

并發(fā)隊(duì)列 可以讓多個(gè)任務(wù)并發(fā)（同時(shí)）執(zhí)行（自動(dòng)開啟多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行任務(wù)）并發(fā)功能只有在異步（dispatch_async）函數(shù)下才有效,GCD默認(rèn)已經(jīng)提供了全局的并發(fā)隊(duì)列，供整個(gè)應(yīng)用使用，不需要手動(dòng)創(chuàng)建

使用dispatch_get_global_queue函數(shù)獲得全局的并發(fā)隊(duì)列

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(dispatch_queue_priority_t priority, // 隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)unsigned long flags); // 此參數(shù)暫時(shí)無用，用0即可dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); // 獲得全局并發(fā)隊(duì)列/*全局并發(fā)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默認(rèn)（中）#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后臺(tái)*/

串行隊(duì)列 讓任務(wù)一個(gè)接著一個(gè)地執(zhí)行（一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢后，再執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)），GCD中獲得串行有2種

1.使用dispatch_queue_create函數(shù)創(chuàng)建串行隊(duì)列

dispatch_queue_tdispatch_queue_create(const char *label, // 隊(duì)列名稱 dispatch_queue_attr_t attr); // 隊(duì)列屬性，一般用NULL即可dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("first", NULL); // 創(chuàng)建dispatch_release(queue); // 非ARC需要釋放手動(dòng)創(chuàng)建的隊(duì)列

2.使用主隊(duì)列（跟主線程相關(guān)聯(lián)的隊(duì)列）,是GCD自帶的一種特殊的串行隊(duì)列，主隊(duì)列的任務(wù)都會(huì)放在主線程中執(zhí)行，使用dispatch_get_main_queue()獲得主隊(duì)列

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

任務(wù)隊(duì)列執(zhí)行

我們對(duì)任務(wù)同步異步和隊(duì)列串行并發(fā)的執(zhí)行分析

串行隊(duì)列同步執(zhí)行：不開線程，在原來的線程順序執(zhí)行dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cs",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);dispatch_sync(queue,^{ //串行隊(duì)列，同步執(zhí)行，不開線程，順序執(zhí)行});串行隊(duì)列異步執(zhí)行：開一條線程，在線程中順序執(zhí)行，效率低占用資源少（相對(duì)比較）dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cs",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);dispatch_async(queue,^{ //串行隊(duì)列，異步執(zhí)行，開一條線程，順序執(zhí)行});并發(fā)隊(duì)列同步執(zhí)行：不開線程，同步執(zhí)行//并發(fā)隊(duì)列dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("bs",DISPATHCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_sync(queue,^{//先執(zhí)行同步任務(wù)，不開線程});dispatch_async(queue,^{//等到同步任務(wù)執(zhí)行完成后，開啟線程執(zhí)行當(dāng)前操作});dispatch_async(queue,^{//等到同步任務(wù)執(zhí)行完成后，開啟線程執(zhí)行當(dāng)前操作});并發(fā)隊(duì)列異步執(zhí)行：開第一個(gè)線程，并發(fā)執(zhí)行，效率高占用資源大//并發(fā)隊(duì)列dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("ba",DISPATHCH_QUEUE_CONCURRENT);dispatch_async(queue,^{//開啟線程執(zhí)行當(dāng)前操作});dispatch_async(queue,^{//開啟線程執(zhí)行當(dāng)前操作});

線程通信

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0,0),^{ //耗時(shí)操作，代碼…… //回到主線程執(zhí)行操作 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(),^{ //回到主線程，代碼…… });});

延時(shí)執(zhí)行

1.調(diào)用NSObject方法

//2秒后調(diào)用[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];

2.使用GCD函數(shù)

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{ // 2秒后異步執(zhí)行這里的代碼...});

一次性代碼

使用dispatch_once函數(shù)能保證某段代碼在程序運(yùn)行過程中只被執(zhí)行1次

static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{ // 只執(zhí)行1次的代碼(這里面默認(rèn)是線程安全的)});

隊(duì)列組

可以管理組內(nèi)的隊(duì)列執(zhí)行情況，方便對(duì)線程管理,比如我們異步執(zhí)行兩個(gè)耗時(shí)的操作，等待完成后回到主線程執(zhí)行操作

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ // 執(zhí)行1個(gè)耗時(shí)的異步操作});dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ // 執(zhí)行1個(gè)耗時(shí)的異步操作});dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ // 等前面的兩個(gè)異步操作都執(zhí)行完畢后，回到主線程...});

NSOperation

NSOperation：是基于GCD實(shí)現(xiàn)的，比GCD多了更加簡(jiǎn)單實(shí)用的功能，更加面向?qū)ο蟆Ｅ浜鲜褂肗SOperation和NSOperationQueue實(shí)現(xiàn)多線程編程，我們開發(fā)中經(jīng)常使用。

實(shí)現(xiàn)步驟

先將需要執(zhí)行的操作封裝到一個(gè)NSOperation對(duì)象中然后將NSOperation對(duì)象添加到NSOperationQueue中系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將NSOperationQueue中的NSOperation取出來將取出的NSOperation封裝的操作放到一條新線程中執(zhí)行

NSOperationQueue

提供兩種隊(duì)列：主隊(duì)列和全局并發(fā)隊(duì)列

主隊(duì)列

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue mainQueue];

全局并發(fā)隊(duì)列

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

添加任務(wù)

//1.添加一個(gè)NSOperation的子類- (void); addOperation:(NSOperation *)op[queue addOperation:op];//2.添加一個(gè)Block- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;[queue addOperationWithBlock:^{ //代碼}];

NSOperation

NSOperation是個(gè)抽象類，我們使用必須使用它的子類，使用NSOperation子類的方式有3種

1. NSInvocationOperation 對(duì)GCD中全局并發(fā)隊(duì)列的封裝

//1.創(chuàng)建操作NSOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTatger:self selecter:@Selector(downloadImage:) object:@"Invocation"];//2. 加入隊(duì)列中NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];//異步執(zhí)行[queue addOperation:op];

2. NSBlockOperation對(duì)GCD中全局并發(fā)隊(duì)列的封裝

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];//添加任務(wù)NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ //需要執(zhí)行的操作}];//添加到隊(duì)列[queue addOperation:op];

3. 自定義子類繼承NSOperation，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部相應(yīng)的方法

最大并發(fā)數(shù)

最大并發(fā)數(shù)就是同時(shí)執(zhí)行的任務(wù)數(shù)，可以使用下面的方法

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

隊(duì)列的操作

取消

- (void)cancelAllOperations;//也可以調(diào)用NSOperation的- (void)cancel方法取消單個(gè)操作

暫停/恢復(fù)

// YES代表暫停隊(duì)列，NO代表恢復(fù)隊(duì)列- (void)setSuspended:(BOOL)b; - (BOOL)isSuspended;

操作優(yōu)先級(jí)

設(shè)置NSOperation在queue中的優(yōu)先級(jí)，可以改變操作的執(zhí)行優(yōu)先級(jí)

- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;/* 優(yōu)先級(jí)的取值 NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L, NSOperationQueuePriorityLow = -4L, NSOperationQueuePriorityNormal = 0, NSOperationQueuePriorityHigh = 4, NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8*/

操作監(jiān)聽

可以監(jiān)聽一個(gè)操作的執(zhí)行完畢

- (void (^)(void))completionBlock;- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

操作依賴

NSOperation之間可以設(shè)置依賴來保證執(zhí)行順序,比如一定要讓操作A執(zhí)行完后，才能執(zhí)行操作B

// 操作B依賴于操作A[operationB addDependency:operationA];

多線程引發(fā)的問題

我們之前提到的原子性和非原子性，相信在這次的介紹中已經(jīng)有根深的理解了

1.資源共享：一個(gè)資源可能被多個(gè)線程共享，多線程訪問同一塊資源容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯(cuò)亂和數(shù)據(jù)安全

互斥鎖

用來防止兩個(gè)進(jìn)程或線程在同一時(shí)刻訪問相同的共享資源。

@synchronized(鎖對(duì)象) { // 需要鎖定的代碼 }

優(yōu)點(diǎn)：能有效防止因多線程搶奪資源造成的數(shù)據(jù)安全問題 缺點(diǎn)：需要消耗大量的CPU資源

死鎖

死鎖: 是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程在執(zhí)行過程中，由于競(jìng)爭(zhēng)資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進(jìn)下去。此時(shí)稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠(yuǎn)在互相等待的進(jìn)程稱為死鎖進(jìn)程。（在學(xué)校每次考試都考）