iOS开发－多线程编程技术（Thread、Cocoa operations、GCD）

前言：在软件开发中，多线程编程技术被广泛应用，相信多线程任务对我们来说已经不再陌生了。有了多线程技术，我们可以同做多个事情，而不是一个一个任务地进行。比如：前端和后台作交互、大任务（需要耗费一定的时间和资源）等等。也就是说，我们可以使用线程把占据时间长的任务放到后台中处理，而不影响到用户的使用。

 

线程的定义：

每个正在系统上运行的程序都是一个进程。每个进程包含一到多个线程。进程也可能是整个程序或者是部分程序的动态执行。线程是一组指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里独立执行。也可以把它理解为代码运行的上下文。所以线程基本上是轻量级的进程，它负责在单个程序里执行多任务。通常由操作系统负责多个线程的调度和执行。

转自百度百科：多线程

 

如果熟悉多线程编程技术这一块的朋友们，可以去看关于多线程安全的文章，是我写的另一篇文章”iOS开发－多线程开发之线程安全篇“;

 

IOS支持的多线程技术：

一、Thread：

1）显式创建线程：NSThreed

2）隐式创建线程：NSObject

二、Cocoa operations：

NSOperation类是一个抽象类，因为我们必须使用它的两个子类。

　　1）NSInvocationOperation 

2）NSBlockOperation

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3）NSOperationQueue（继承于NSObject）

三、Grand Central Dispatch （GCD）：

1）GCD的创建

2）重复执行线程及一次性执行：dispatch_apply & dispatch_once

3）操作（串行）队列：dispatch_queue_create

4）GCD群组通知：dispatch_group_t

5）GCD实现计时器

6）后台运行

 

以上三种多线程技术的对比：

一、Thread： 

优点：量级较轻。

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。

二、Cocoa operations：

优点：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。

三、Grand Central Dispatch （GCD）：

优点：GCD基于C语言的框架，可以充分利用多核，它能够轻松在多核系统上高效运行并发代码，是苹果推荐使用的多线程技术。

 

以上三种线程技术，抽象层次从低到高，抽象度越高使用则越简单，因此苹果推荐我们使用GCD。

 

Other、线程间通讯：

　　在多线程中，所有修改有关于UI界面的东西，必须切换到主线程中修改，不能直接在多线程中修改，不然很容易会出现异常或修改不成功。本文会对三个线程技术说明如何切换至主线程修改UI，具体方法请往下看。

 

一、Thread

我们可以使用NSTherad或NSObject类去调用：

1）显式创建线程：NSThread

创建NSThread有两个办法

1.1）创建之后需要使用start方法，才会执行方法：

NSThread *threadAlloc = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadAlloc) object:nil];[threadAlloc start];

 

1.2）创建并马上执行方法：

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadAlloc:) toTarget:self withObject:nil];

 

2）隐式创建线程：NSObject

我们也可以使用NSObject类的方法直接调用方法

[self performSelectorInBackground:@selector(threadAlloc) withObject:nil];

 

取消线程的方法：

实际上并没有真正提供取消线程的API。苹果提供了一个cancel的api，但它不能作用于取消线程，它只能改变线程的运行状态。我们可以使用它来进行条件判断。

- (void)threadCancel{    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadCancelNow) object:nil];    [thread start];}- (void)threadCancelNow{    int a = 0;    while (![[NSThread currentThread] isCancelled]) {        NSLog(@"a - %d", a);        a++;        if (a == 5000) {            NSLog(@"终止循环");            [[NSThread currentThread] cancel];            break;        }    }}

程序效果：循环输出5000次，线程就会被终止。

 

NSThread线程间通讯－调用主线程修改UI：

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

 

NSThread相关属性及方法：

// 获取/设置线程的名字@property (copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);/** *  获取当前线程的线程对象 * *  通过这个属性可以查看当前线程是第几条线程，主线程为1。 *  可以看到当前线程的序号及名字，主线程的序号为1，依次叠加。 */+ (NSThread *)currentThread;// 线程休眠（秒）+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;// 线程休眠，指定具体什么时间休眠+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;// 退出线程 // 注意：这里会把线程对象销毁！销毁后就不能再次启动线程，否则程序会崩溃。+ (void)exit;

 

 

二、Cocoa operations

1）NSInvocationOperation

创建NSInvocationOperation线程，附带一个NSString参数：

NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"abc"];// 需要启动线程，默认是不启动的。[operation start];

如在创建时定义了参数，那么接收的时候，可以对sender进行转换，如字符串、数组等：

- (void)invocationAction:(NSInvocationOperation *)sender{    NSLog(@"sender - %@", sender);      // 输出params    NSString *str = (NSString *)sender;    NSLog(@"str - %@e", str);           // params}

附带一提，线程的普通创建一般为并发执行的，因为串行队列是需要显式创建的，如没看见此类代码，那么即是并发队列线程，因此，上述代码也就是并发线程。关于并发和串行队列（线程），我将会在下面详细说明，我们继续往下看。

 

你也可以使用NSOperationQueue来创建一个线程队列，用来添加子线程：

NSOperationQueue *invocationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];// 线程ANSInvocationOperation *invocationQ1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ1"];// 线程BNSInvocationOperation *invocationQ2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ2"];// 往invocationQueue添加子线程[invocationQueue addOperations:@[invocationQ1, invocationQ2] waitUntilFinished:YES];

必须使用addOperations:方法把线程添加至队列，不然线程不会执行，队列是并行执行。或者，你也可以使用addOperation:方法添加单个线程。

 

2）NSBlockOperation

举个简单的使用例子介绍，都写了备注，就不再说明了：

// 创建线程任务NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation                                    blockOperationWithBlock:^{                                        [NSThread sleepForTimeInterval:2];                                        NSLog(@"one - %@", [NSThread currentThread]);                                    }];;// 添加新的操作[blockOperation addExecutionBlock:^{    NSLog(@"two - %@", [NSThread currentThread]);}];// 添加新的操作[blockOperation addExecutionBlock:^{    NSLog(@"three - %@", [NSThread currentThread]);}];// 执行线程任务[blockOperation start];

例子效果：使用类方法blockOperationWithBlock:创建的块代码，是在主线程当中执行的，我们可以从打印出来的信息看到。其它使用addExecutionBlock:添加的子线程为并发线程。

 

另外，我发现了一个有趣的事情：

BOOL isMain = false; // 线程B是否为主线程NSBlockOperation *blockOperation;if (isMain) { // 线程是“主”线程    blockOperation = [[NSBlockOperation alloc] init];} else { // 线程是子线程    blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{        [NSThread sleepForTimeInterval:2];        NSLog(@"MAIN主线程：%@", [NSThread currentThread]);    }];}// 线程B[blockOperation addExecutionBlock:^{    NSLog(@"ismain - %d, %@", isMain, [NSThread currentThread]);}];[blockOperation start];

以上这段代码，是有趣的。当isMain=false，线程B是子线程，当isMain=true时，线程B是主线程。原因是NSBlockOperation默认是第一个添加的线程，它就是在主线程中工作。

 

3）NSOperationQueue

这里介绍一下NSOperation的依赖关系，依赖关系会影响线程的执行顺序：

// 创建操作队列NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];// 线程ANSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{    NSLog(@"op1");    [NSThread sleepForTimeInterval:2];}];// 线程BNSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{    NSLog(@"op2");}];// 线程CNSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{    NSLog(@"op3");    [NSThread sleepForTimeInterval:2];}];// 线程B依赖线程C，也就是等线程C执行完之后才会执行线程B[op2 addDependency:op3];// 线程C依赖线程A，同上，只不过依赖对象改成了线程A[op3 addDependency:op1];// 为队列添加线程[queue addOperation:op1];[queue addOperation:op2];[queue addOperation:op3];

当你没添加依赖时，队列是并行执行的。

注意：依赖关系可以多重依赖，但不要建立循环依赖。

 

Cocoa operations线程间通信－调用主线程修改UI：

// 创建线程对象（并发）NSBlockOperation *blockOperation = [[NSBlockOperation alloc] init];// 添加新的操作[blockOperation addExecutionBlock:^{    NSLog(@"two - %@", [NSThread currentThread]);}];// 添加新的操作[blockOperation addExecutionBlock:^{    NSLog(@"three - %@", [NSThread currentThread]);    // 在主线程修改UI    NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];    [queue addOperationWithBlock:^{        [self editUINow];    }];}];[blockOperation start];

 

 NSOperation方法及属性：

// 设置线程的最大并发数@property NSInteger maxConcurrentOperationCount;// 线程完成后调用的Block@property (copy) void (^completionBlock)(void);// 取消线程- (void)cancel;

只列举上面那些，其它的方法就不全列出来了。

 

注意：在NSOperationQueue类中，我们可以使用cancelAllOperations方法取消所有的线程。这里需要说明一下，不是执行cancelAllOperations方法时就会马上取消，是等当前队列执行完，下面的队列不会再执行。

 

三、Grand Central Dispatch （GCD）

1）GCD的创建：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{    NSLog(@"线程 - %@", [NSThread currentThread]);});

GCD也可以创建同步的线程，只需要把async改成sync即可。

 

2）重复执行线程：dispatch_apply

以下代码会执行4次：

dispatch_apply(4, DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, ^(size_t index) {    // index则为执行的次数 0开始递增    NSLog(@"one - %ld", index);});

index参数为执行的次数，从0开始递增。

 

然而，GCD还有一次性执行的方法，如下所示：

dispatch_once_t once;dispatch_once(&once, ^{    NSLog(@"once - %@", [NSThread currentThread]); // 主线程});

以上代码执行一次，如果你把它放到循环的地方，运行后将会崩溃。

 

3）操作队列：dispatch_queue_create

使用GCD也能创建串行队列，具体代码如下：

/** *  GCD创建串行队列 * *  @param "com.GarveyCalvin.queue"  队列字符串标识 *  @param DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 可选的，可以是NULL * *  @return dispatch_queue_t */dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.GarveyCalvin.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);// 线程Adispatch_async(queue, ^{    [NSThread sleepForTimeInterval:1];    NSLog(@"sleep async - %@", [NSThread currentThread]);});// 线程Bdispatch_barrier_async(queue, ^{    [NSThread sleepForTimeInterval:3];    NSLog(@"sleep barrier2 - %@", [NSThread currentThread]);});// 线程Cdispatch_async(queue, ^{    NSLog(@"async");});

运行效果：以上会先执行 线程A－》线程B－》线程C，它是一个串行队列。

 

4）GCD群组通知：dispatch_group_t

GCD的高级用法，等所有线程都完成工作后，再作通知。

// 创建群组dispatch_group_t group = dispatch_group_create();// 线程Adispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{    NSLog(@"group1");    [NSThread sleepForTimeInterval:2];});// 线程Bdispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{    NSLog(@"group2");});// 待群组里的线程都完成之后调用的通知dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{    NSLog(@"group success");});

群组里的线程也是并行队列。线程A和线程B都执行完之后，会调用通知打印group success。

 

5）GCD实现计时器

__block int time = 30;CGFloat reSecond = 1.0;dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, reSecond * NSEC_PER_SEC, 0);dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{    time--;    NSLog(@"%d", time);    if (time == 0) {        dispatch_source_cancel(timer);    }});dispatch_resume(timer);

代码效果：创建了一个计时器，计时器运行30秒，每过一秒会调用一次block，我们可以在block里面写代码。因为dispatch_source_t默认是挂起状态，因此我们使用时需要使用dispatch_resume方法先恢复，不然线程不会执行。

 

GCD线程间通信－调用主线程修改UI：

有时候我们请求后台作数据处理，数据处理是异步的，数据处理完成后需要更新UI，这时候我们需要切换到主线程修改UI，例子如下：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{    NSLog(@"异步数据处理 - %@", [NSThread currentThread]);    [NSThread sleepForTimeInterval:2];    NSLog(@"数据处理完成");        // 调用主线程更新UI    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{        NSLog(@"更新UI - %@", [NSThread currentThread]);        [self editUINow];    });});

因为是在主线程修改UI，所以我们最好是使用同步的GCD方法dispatch_sync。但这还不够，我们还需要使用dispatch_get_main_queue()方法来获得主线程，之后就是作UI的更新工作了。

 

GCD方法及属性：

// 获取主线程dispatch_get_main_queue()// 创建队列：第一个参数是“字符串标识”，第二个参数是可选的，可以是NULLdispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr);// 创建异步调度队列void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);// 恢复队列void dispatch_resume(dispatch_object_t object);// 暂停队列void dispatch_suspend(dispatch_object_t object);

小结：本文主要介绍了IOS三种线程对比及其使用方法。需要特别注意的是，在修改任何有关于UI的东西，我们必须要切换至主线程，在主线程里修改UI，避免不必要的麻烦产生。苹果是推荐我们使用GCD，因为GCD是这三种里面抽象级最高的，使用起来也简单，也是消耗资源最低的，并且它执行效率比其它两种都高。因此，能够使用GCD的地方，尽量使用GCD。

 

6）后台运行

使用block的另一个好处是可以让程序在后台较久地运行。在以前，当应用被按Home键退出后，应用仅有最多5秒的时间做一些保存或清理资源的工作。 但是如果使用GCD，你可以让你的应用最多有10分钟的时间在后台长久运行。这个时间可以用来做各种事情，包括清理本地缓存、发送统计数据等工作。

AppDelegate.h@interface AppDelegate ()@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backGroundUpdate;@endAppDelegate.m- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application {    [self beginBackGroundUpdate];   // 需要长久运行的代码    [self endBackGroundUpdate];}- (void)beginBackGroundUpdate{    self.backGroundUpdate = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{        [self endBackGroundUpdate];    }];}- (void)endBackGroundUpdate{    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:self.backGroundUpdate];    self.backGroundUpdate = UIBackgroundTaskInvalid;}

建议大家在真机上测试，因为笔者在模拟器测试了24分钟还有效。

 

 

 

本文参考：

iOS多线程开发

GCD的另一个用处是可以让程序在后台较长久的运行。

全面掌握iOS多线程攻略 —— PS：这个攻略较多，但是有很多重复的内容。

iOS多线程的初步研究（一）-- NSThread

 

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博文作者：GarveyCalvin

博文出处：http://www.cnblogs.com/GarveyCalvin/

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