移动开发(IOS) – 多线程

Bydocoder in 博客, 学习on 2014/07/04

1.概念 

1.1.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。

1.2.每创建一个新的线程，都会消耗一定内存和CPU时间。

1.3.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。

1.4.多线程的优势：

1.4.1.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。

1.4.2.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。

1.4.3.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。

1.5.多线程的难点：

1.5.1.共享资源的“争夺。

1.5.2.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。

1.6.只有主线程有直接修改UI的能力。

1.7.内存管理对于多线程非常重要。

1.7.1.Objective-C 可以凭借 @autoreleasepool 使用内存资源，并需要时回收资源。

1.7.2.每个线程都需要有 @autoreleasepool ，否则可能会出现内存泄漏。

2.iOS的三种多线程技术

2.1.NSThread 每个 NSThread 对象对应一个线程，量级较轻。

2.1.1.优点：NSThread 比其他两个轻量级，使用简单。

2.1.2.缺点：需要自己管理线程的生命周期、线程同步、加锁、睡眠以及唤醒等。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销。

2.2.NSOperation/NSOperationQueue 面向对象的线程技术。

2.2.1.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。

2.2.2.NSOperation是面向对象的。

2.3.GCD（Grand Central Dispatch） 是基于 C 语言的框架，可以充分利用多核，是苹果推荐使用的多线程技术。

2.3.1.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。

2.3.2.GCD 是基于 C 语言的。

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。

3.NSObject的多线程方法

3.1.通常，由于线程管理相对比较繁琐，而很多耗时的任务又无法知道其准确的完成时间，因此可以使用 performSelectorInBackground 方法直接新建一个后台线程，并将选择器指定的任务在后台线程执行，而无需关心具体的 NSThread 对象：

1

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg

3.1.1.performSelectorInBackground 方法本身是在主线程中执行的，而选择器指定的方法是在后台线程中进行的。

3.1.2.使用 performSelectorInBackground 方法调用的任务可以更新 UI 界面。

3.2.如果要更新UI界面，可以在后台线程中调用 performSelectorOnMainThread 方法：

1

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

尽管使用 performSelectorInBackground 方法调用的任务可以更新UI界面，但是在实际开发中，涉及到 UI 界面的更新操作，还是要使用 performSelectorOnMainThread 方法，以避免不必要的麻烦。

3.3.获取线程信息：

1

[NSThreadcurrentThread];

3.4.线程休眠（仅适用于开发调试时使用）：

1

[NSThreadsleepForTimeInterval:1.0f];

3.5.特点：使用简单，量级轻；不能控制线程的执行顺序。

4.资源争夺

4.1.仅使用单例模式无法解决资源争夺问题。

4.2.使用同步锁 @synchronized 可以保证多个线程不会使用同一代码块，而且比 NSLock 具有更好的性能。

4.3.为了保证属性安全，被争夺资源的属性应该设置为原子属性 atomic。

5.NSThread

5.1.创建线程方法：

1

2

3

4

5

6

7

8

/*

 * 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

 */

+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(id)argument;

- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(id)argument;

5.1.1.detachNewThreadSelector 方法会直接启动线程方法。

5.1.2.initWithTarget 需要调用 start 方法才能够启动线程方法。

1

2

3

4

5

6

//类方法

[NSThreaddetachNewThreadSelector:@selector(threadSaleTicketWithName:) toTarget:selfwithObject:@"thread-1"];

//init方法

NSThread*thread= [[NSThreadalloc]initWithTarget:selfselector:@selector(threadSaleTicketWithName:) object:@"thread-2"];

// 启动线程

[threadstart];

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

- (void)threadSaleTicketWithName:(NSString*)name

{

     // 使用 NSThread 时，线程调用的方法千万要使用 @autoreleasepool

     @autoreleasepool{

        while(YES) {

            @synchronized(self) {

                if([Ticket sharedTicket].tickets > 0) {

                    [Ticket sharedTicket].tickets--;

                    NSString*str = [NSStringstringWithFormat:@"剩余票数 %d 线程名称 %@", [Ticket sharedTicket].tickets, name];

                    // 更新UI

                    [selfperformSelectorOnMainThread:@selector(appendContent:) withObject:str waitUntilDone:YES];

                }else {

                    break;

                }

            }

            // 模拟休息

            if([name isEqualToString:@"thread-1"]) {

                [NSThreadsleepForTimeInterval:1.0f];

            }else {

                [NSThreadsleepForTimeInterval:0.1f];

            }

        }

    }

}

6.NSOperation  &  NSOperationQueue

6.1.NSOperation 的两个子类：NSInvocationOperation， NSBlockOperation。

6.2.工作原理：

6.2.1.用 NSOperation 封装要执行的操作。

6.2.2.将创建好的 NSOperation 对象放 NSOperationQueue 中。

6.2.3.启动 OperationQueue 开始新的线程执行队列中的操作。

6.3.注意事项：

6.3.1.使用 NSBlockOperation 更加简单直接。

6.3.2.定义完操作后，将添加到操作队列中，即可启动异步操作，否则操作任务仍然在主线程中执行。

6.3.3.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。

6.3.4.使用以下方法可以控制并发的线程数量：

1

- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

6.3.5.使用 addDependency 可以建立操作之间的依赖关系，设定操作的执行顺序。

6.4.更新界面时使用 [[NSOperationQueue mainQueue]addOperationWithBlock: 方法。

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

//队列可以设置同时并发线程的数量

[self.queue setMaxConcurrentOperationCount:2];

 

NSBlockOperation*op1 = [NSBlockOperationblockOperationWithBlock:^{

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

}];

NSBlockOperation*op2 = [NSBlockOperationblockOperationWithBlock:^{

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

}];

NSBlockOperation*op3 = [NSBlockOperationblockOperationWithBlock:^{

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

    //在主线程更新 UI

    [[NSOperationQueuemainQueue]addOperationWithBlock:^{

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

    }];

}];

// Dependency依赖

// 依赖关系可以多重依赖

// 不要建立循环依赖

[op2 addDependency:op1];

[op3 addDependency:op2];

 

[self.queue addOperation:op3];

[self.queue addOperation:op1];

[self.queue addOperation:op2];

7.GCD

7.1.GCD 是基于 C 语言的框架。

7.2.工作原理：

7.2.1.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。

7.2.2.要执行的任务可以是一个函数或者一个 block 。

7.2.3.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。

7.2.4.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。

7.2.5.dispatch_notify 可以实现监听一组任务是否完成，完成后得到通知。

7.3.GCD 队列：

7.3.1.全局队列：所有添加到主队列中的任务都是并发执行的。（可能会开启多条线程）

1

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

7.3.2.串行队列：所有添加到串行队列中的任务都是顺序执行的。（只可能会开启一条线程）

1

2

3

//创建串行队列，串行队列不能够获取。

//队列名称可以随意，不过不要使用@

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

 

7.3.3.主队列：所有添加到主队列中的任务都是在主线程中执行的。

1

dispatch_get_main_queue();

7.4.GCD任务的执行方式

7.4.1.异步操作：dispatch_async 在其他线程执行任务，会开启新的线程，异步方法无法确定任务的执行顺序。

7.4.2.同步操作：dispatch_sync 在当前在当前线程执行任务，不开启新的线程。同步操作与队列无关，同步方法会依次执行，能够决定任务的执行顺序，更新界面 UI 时，最好使用同步方法。

7.5.GCD 的优点：

7.5.1.充分利用多核。

7.5.2.所有的多线程代码集中在一起，便于维护。

7.5.3.GCD 中无需使用 @autoreleasepool。

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

// 1. 获取全局队列

//优先级：DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

for(UIImageView *imageView in self.imageViewSet) {

    // 2. 在全局队列上异步调用方法，加载并更新图像

    dispatch_async(queue, ^{

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

        NSIntegernum = arc4random_uniform(17) + 1;

        NSString*imageName = [NSStringstringWithFormat:@"NatGeo%02d.png", num];

        // 通常此处的image是从网络上获取的

        UIImage *image = [UIImage imageNamed:imageName];

        // 3. 在在主线程队列中，调用同步步方法设置UI

        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

            NSLog(@"更新图片- %@", [NSThread currentThread]);

            [imageView setImage:image];

        });

    });

}

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

// 创建全局队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// GCD中可以将一组相关联的操作，定义到一个群组中

// 定义到群组中之后，当所有线程完成时，可以获得通知

// 1) 定义群组

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

// 2） 定义群组的异步任务

dispatch_group_async(group, queue, ^{

    [selfgcdSaleTicketWithName:@"gcd-1"];

});

dispatch_group_async(group, queue, ^{

    [selfgcdSaleTicketWithName:@"gcd-2"];

});

dispatch_group_async(group, queue, ^{

    [selfgcdSaleTicketWithName:@"gcd-3"];

});

// 3) 群组任务完成通知

dispatch_group_notify(group, queue, ^{

    NSLog(@"卖完了");

});

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

- (void)gcdSaleTicketWithName:(NSString*)name

{

    while(YES) {

        // 同步锁synchronized要锁的范围，对被抢夺资源修改/读取的代码部分

        @synchronized(self) {

            if([Ticket sharedTicket].tickets > 0) {

                [Ticket sharedTicket].tickets--;

                // 提示内容

                NSString*str = [NSStringstringWithFormat:@"剩余票数 %d, 线程名称 %@", [Ticket sharedTicket].tickets, name];

                // 更新界面

                dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

                    [selfappendContent:str];

                });

            }else {

                break;

            }

        }

        // 模拟线程休眠

        if([name isEqualToString:@"gcd-1"]) {

            [NSThreadsleepForTimeInterval:1.0f];

        }else {

            [NSThreadsleepForTimeInterval:0.2f];

        }

    }

}