ios学习--多线程技术

进程与线程概念

--一个运行的程序就是一个进程或者叫做一个任务
--一个进程至少包含一个线程，线程是程序的执行流
--iOS程序启动时，在创建一个进程的同时， 会开始运行一个线程，该线程被称为主线程
--主线程是其他线程最终的父线程，所有界面的显示操作必须在主线程进行！！！
--系统中的每一个进程都有自己独立的虚拟内存空间，而同一个进程中的多个线程则共用进程的内存空间
--每创建一个新的线程，都会消耗一定内存和CPU时间
--当多个线程对同一个资源出现争夺的时候需要注意线程安全问题

多线程的优势与难点

--优势
*充分发挥多核处理器优势，将不同线程任务分配给不同的处理器，真正进入“并行运算”状态
*将耗时、轮询或者并发需求高等任务分配到其他线程执行，并由主线程负责统一更新界面会使得应用程序更加流畅，用户体验更好
*当硬件处理器的数量增加，程序会运行更快，而无需做任何调整
--难点
*共享资源的“争夺”
*多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了通过提高资源使用效率来提高系统的整体性能

多线程使用注意事项

--线程使用不是无节制的
*iOS中的主线程的堆栈大小是1M
*从第二个线程开始都是512KB
*这些数值不能通过编译器开关或线程API函数更改
--只有主线程有直接修改UI的能力

iOS的三种多线程技术

1.NSThread
2.NSOperation
3.GCD —— Grand Central Dispatch，是基于C语言的框架
以上这三种编程方式从上到下，抽象度层次是从低到高的，抽象度越高的使用越简单，也是Apple最推荐使用的。但是就目前而言，iOS的开发者，需要了解三种多线程技术的基本使用过程。因为很多框架技术分别使用了不同多线程技术。例如NSURLConnection的异步静态方法：
sendAsynchronousRequest:request queue:[NSOperationQueue mainQueue] completionHandler:^(NSURLResponse *response, NSData *data, NSError *error)

三种多线程技术的对比

NSThread:
优点：NSThread 比其他两个轻量级，使用简单
缺点：需要自己管理线程的生命周期、线程同步。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销
NSOperation：
不需要关心线程管理，数据同步的事情，可以把精力放在自己需要执行的操作上
GCD：
Grand Central Dispatch是由苹果开发的一个多核编程的解决方案。iOS4.0+才能使用，是替代NSThread, NSOperation的高效和强大的技术

NSThread

创建线程方法：
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(id)argument;
- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(id)argument;
参数说明：
--selector：线程执行的方法，只能有一个参数，不能有返回值
--target：selector消息发送的对象
--argument：传输给target的唯一参数，也可以是nil
NSObject直接加入了多线程的支持，允许对象的某个方法在后台运行（本方法普遍应用在游戏中，利用多线程播放声音）
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg;

代码演练

// 创建线程1
NSThread *thread1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(threadSaleMethod) object:nil];
// 设置线程名称，因为需要通过线程名称跟踪线程执行情况，因此此处不使用线程静态方法
[thread1 setName:@"售票线程-1"];
// 启动线程1
[thread1 start];

// 创建线程2，步骤同上
NSThread *thread2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(threadSaleMethod) object:nil];
[thread2 setName:@"售票线程-2"];
[thread2 start];

NSThread使用注意

*当涉及到共享资源争夺时，共享资源的数据加锁是一个难点，既要保证数据安全，又要保证线程执行效率
--使用前加锁
--尽快使用
--使用完解锁
--再去做其他的事情
*多线程编写顺序
1.单个方法调试OK
2.单个线程调试OK
3.增加线程，并考虑线程加锁、解锁的准确位置。
注意：
--只有主线程能够修改UI
--如果不涉及到内存争抢，NSThread写多线程是最简单的
*当不涉及共享资源争夺时，使用NSObject的performSelectorInBackground方法可以非常的方便地实现多线程

NSOperation & NSOperationQueue

*NSOperation的两个子类

1.NSInvocationOperation

2.NSBlockOperation
*工作原理：
--用NSOperation封装要执行的操作
--将创建好的NSOperation对象放NSOperationQueue中
--启动OperationQueue开始新的线程执行队列中的操作
*注意事项：
--使用多线程时通常需要控制线程的并发数，因为线程会消耗系统资源，同时运行的线程过多，系统会变慢
--使用以下方法可以控制并发的线程数量：
- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

NSOperation操作流程

1.定义操作

2.定义队列

3.将操作添加至队列,队列是自动启动的

代码演练

while (YES) {
    if (_tickets > 0) {
        // 在主线程操作队列更新界面
        [[NSOperationQueue mainQueue]addOperationWithBlock:^{
            NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"当前票数：%d，售票线程：%@", _tickets, operationName];
            [self appendTextView:str];
            _tickets--;
        }];
        // 模拟休息
        // ……
    } else {
        // 在主线程操作队列更新界面
        [[NSOperationQueue mainQueue]addOperationWithBlock:^{
            NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"票已售完，售票线程：%@", operationName];
            [self appendTextView:str];
        }];
        break;
    }
}

******NSInvocationOperation代码*********

// 设置预售票数，共享资源！
_tickets = 20;

// 定义操作1
NSInvocationOperation *operation1 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(operationSaleMethod:) object:@"售票操作-1"];
// 定义操作2
NSInvocationOperation *operation2 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(operationSaleMethod:) object:@"售票操作-2"];

// 定义操作队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
[queue addOperation:operation1];
[queue addOperation:operation2];

******NSBlockOperation代码*********

// 设置预售票数，共享资源！
_tickets = 20;

// 定义操作队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [self operationSaleMethod:@"售票操作-1"];
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [self operationSaleMethod:@"售票操作-2"];
}];

NSOperation使用注意

--NSOperation中无需使用线程锁
--除更新UI之外，对共享资源的争夺也需放在主线程队列之中
--将定义的操作添加至队列之后，多线程便开始启动
--NSBlockOperation的使用相比NSInvocationOperation更加灵活、方便
--通过setMaxConcurrentOperationCount方法可以控制并发的最大线程数量

GCD

*GCD是基于C语言的框架
*工作原理：
--让程序平行排队的特定任务，根据可用的处理资源，安排它们在任何可用的处理器上执行任务
--要执行的任务可以是一个函数或者一个block
--底层是通过线程实现的，不过程序员可以不必关注实现的细节
--GCD中的FIFO队列称为dispatch queue，可以保证先进来的任务先得到执行
dispatch_notify可以实现监听一组任务是否完成，完成后得到通知
*dispatch queue：
--Main dispatch queue：是全局可用的队列，用于在主线程上执行任务
--Serial：同时只执行一个任务
--Concurrent：可以并发地执行多个任务，但是执行完成的顺序是随机的

GCD使用流程

1. 获取全局调度队列

2. 创建调度群组

3. 向调度群组添加异步任务，并指定执行队列

4. 接收群组调度完成通知，群组中所有任务完成后获得通知

代码演练

while (YES) {
    if (_tickets > 0) {
        // 在主调度队列更新界面
            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"当前票数：%d，售票线程：%@", _tickets, gcdName];
            [self appendTextView:str];
            _tickets--;
        });
        // 模拟休息
            if ([gcdName isEqualToString:@"售票GCD-1"]) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.1f];
        } else {
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2f];
        }
    } else {
        break;
    }
}

// 设置预售票数，共享资源！
_tickets = 20;

// 1. 获取默认调度优先级的全局调度队列，第二个参数为今后拓展使用，目前始终传入0
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// 2. 创建任务调度组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

// 3. 调度群组异步任务
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    [self gcdSaleMethod:@"售票GCD-1"];
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    [self gcdSaleMethod:@"售票GCD-2"];
});
// 4. 接收群组调度通知
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    [self appendTextView:@"票已售完"];
});

GCD使用注意

--GCD的原理和Operation非常相像，只是它是C语言架构的。
--GCD中无需使用线程锁
--除更新UI之外，对共享资源的争夺也需放在主调度队列之中
--将任务添加至群组，并指定全局操作队列，使得GCD的多线程更加灵活、方便
--dispatch_group_notify可以监听一组任务是否完成。这个方法很有用，比如你执行三个下载任务，当三个任务都下载完成后，才通知界面说已经完成
--如果不需要监听一组任务，可以直接使用dispatch_async方法