玩转iOS开发 - 多线程开发

前言

本文主要介绍iOS多线程开发中使用的主要技术：NSOperation, GCD， NSThread, pthread。 内容按照开发中的优先推荐使用的顺序进行介绍，涉及多线程底层知识比较多的NSThread, pthread 放到了后面，建议小伙伴们先看目录，根据自己的需求来阅读。

NSOperation

简介

使用NSOperation和NSOperationQueue能简单高效的实现多线程编程

NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的具体步骤：

（1）先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中
（2）然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中
（3）系统会⾃动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来
（4）将取出的NSOperation封装的操作放到⼀条新线程中执⾏

NSOperation的子类

NSOperation是个抽象类,并不具备封装操作的能力,必须使⽤它的子类

（1）不能直接使用（方法没有实现）
（2）约束子类都具有共同的属性和方法

使用NSOperation⼦类的方式有3种：

（1）NSInvocationOperation
（2）NSBlockOperation
（3）自定义子类继承NSOperation,实现内部相应的⽅法

NSInvocationOperation

创建NSInvocationOperation 对象

    - (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;

调用start 方法开始执行操作

- (void)start;

一旦执行操作，就会调用target 的 selector 方法

注意：

默认情况下，调用start方法后并不会开一条新线程去执行操作，而是当前线程同步执行操作；只有将NSOperation 添加到NSOperationQuene中，才会异步执行操作；

1. 执行操作

//创建操作NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector: @selector(downloadFile:) object:@"fileName"]; //在当前线//程执行方法(开始执行操作)[op start]; 

2. 把操作添加到队列(并开始异步执行)

//创建操作 NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector: @selector(downloadFile:) object:@"fileName"]; //将操作添加到队列,会自动异步调用方法 NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];[queue addOperation:op]; - (void)downloadFile:(id)object{    NSLog(@"下载:%@----线程:%@",object,[NSThread currentThread]); } 

3. 开启多个线程,不会顺序执行

我们要记住：

NSOperation是对GCD的封装，而GCD并发队列,异步执行。

//队列NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; for (int i = 0; i < 10; i++) {     //创建操作     NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector: @selector(downloadFile:) object:@(i)];     //将操作添加到队列,会自动异步调用方法     [queue addOperation:op]; } - (void)downloadFile:(id)object{    NSLog(@"下载:%@----线程:%@",object,[NSThread currentThread]); }

注意：

默认情况下，如果操作没有放到队列中queue中，都是同步执行。只有将NSOperation放到一个NSOperationQueue中,才会异步执行操作

添加操作到NSOperationQueue中

- (void)addNOperation:(NSOperation *)op;- (void)addOperationWithBlock:(void(^)(void))block

NSBlockOperation

创建NSBlockOperation对象

+ (id)blockOperationWithBlock:(void)^(void)

通过addExecutionBlock 方法添加更多的操作

- (id)addExecutionBlock:(void)(^)(void)block

注意：只要在NSBlockOperation封装的操作数>1, 就会一步执行操作；

1. NSBlockOperation

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];for (int i = 0; i < 10; i++){         //创建操作        NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{             NSLog(@"down %d %@",i,[NSThread currentThread]);         }];                 //把操作添加到队列中        [queue addOperation:op]; } 

2. NSOperationQueue添加block的operation

下面我们直接把操作的block代码块加到队列中，是不是代码更简洁啦，block是不是用起来很爽-_-

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; for (int i = 0; i < 10; i++) {    [queue addOperationWithBlock:^{         NSLog(@"down %d %@",i,[NSThread currentThread]);    }]; } 

3. 全局操作队列

下面我们定义一个全局队列来调度所有的异步操作

@property (nonatomic, strong) NSOperationQueue *queue; //懒加载队列- (NSOperationQueue *)queue{     if (_queue == nil)     {         _queue = [[NSOperationQueue alloc] init];     }     return _queue;}for (int i = 0; i < 10; i++){    [self.queue addOperationWithBlock:^{         NSLog(@"down %d %@",i,[NSThread currentThread]);     }]; } 

4. 监听操作完成

[op1 setCompletionBlock:^{     NSLog(@"....."); }]; 

并发数

• 并发数:同时执⾏行的任务数.比如,同时开3个线程执行3个任务,并发数就是3
• 最大并发数：同一时间最多只能执行的任务的个数。

最⼤大并发数的相关⽅方法

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

注意：

• 如果没有设置最大并发数，那么并发的个数是由系统内存和CPU决定的，可能内存多就会开多一点，内存少就开少一点。

• num的值并不代表线程的个数，仅仅代表线程的ID。

• 最大并发数不要乱写（5以内），不要开太多，一般以2~3为宜，因为虽然任务是在子线程进行处理的，但是cpu处理这些过多的子线程可能会影响UI，让UI变卡。

- (void)demo{    self.queue.maxConcurrentOperationCount = 3;    for (int i=1; i<50; i++)    {        [self.queue addOperationWithBlock:^{            [NSThread sleepForTimeInterval:3.0];            NSLog(@"====%@===%d",[NSThread currentThread],i);    }];    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];    }}

不加最大并发数：

• 此时会创建很多线程,线程数越多说明线程池更大了。但是线程越多越耗资源,分配线程的时间也就越多。所以使用线程的时候要合适最好

• GCD通常只会开启5~6个线程

• 通过设置sleepForTimeInterval可以延迟线程执行时间，也可以减少线程数，但是一来于操作的执行时间；

添加最大并发数：

• 把操作添加到队列

[ self.queue addOperationWithBlock]

• 去线程池去取空闲的线程,如果没有就创建线程

• 把操作交给从线程池中取出的线程执行

• 执行完成后,把线程再放回线程池中

• 重复2,3,4直到所有的操作都执行完

队列的取消，暂停和恢复

取消队列的所有操作

- (void)cancelAllOperations;

提⽰:

也可以调用NSOperation的 - (void)cancel;⽅法取消单个操作

暂停和恢复队列

- (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暂停队列,NO代表恢复队列- (BOOL)isSuspended; //当前状态

暂停和恢复的适用场合

在tableview界面，开线程下载远程的网络界面，对UI会有影响，使用户体验变差。那么这种情况，就可以设置在用户操作UI（如滚动屏幕）的时候，暂停队列（不是取消队列），停止滚动的时候，恢复队列。

示例代码-摇奖机

#import "ViewController.h"@interface ViewController ()@property (weak, nonatomic) IBOutlet UILabel *lbl0;@property (weak, nonatomic) IBOutlet UILabel *lbl1;@property (weak, nonatomic) IBOutlet UILabel *lbl2;@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIButton *btn;//全局队列@property (nonatomic, strong) NSOperationQueue *queue;- (IBAction)start:(UIButton *)sender;@end@implementation ViewController//队列懒加载-> 如果没有初始话queue, 则不会有队列生成，程序不会有响应- (NSOperationQueue *)queue{    if (_queue == nil)     {        _queue = [[NSOperationQueue alloc] init];    }    return _queue;}- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];   }- (IBAction)start:(UIButton *)sender {    //首先要判断队列是否为空->判断队列是否是挂起状态时,并不会判断队列中是否有操作    if(self.queue.operationCount == 0)    {        //如果操作为空，说明执行摇奖，同时开始按钮变暂停        [self.queue addOperationWithBlock:^{            [self random];        }];        [self.btn setTitle:@"停止" forState:UIControlStateNormal];        //当前队列执行，不被挂起        self.queue.suspended = NO;    }    else if(self.queue.isSuspended)    {        //如果当前是挂起状态->开始队列->btn：暂停        self.queue.suspended = NO;        [self.btn setTitle:@"停止" forState:UIControlStateNormal];    }    else    {        //如果当前是运行状态->暂停队列->btn：开始        self.queue.suspended = YES;        [self.btn setTitle:@"开始" forState:UIControlStateNormal];    }}- (void)random {    //如果单签队列没有挂起    while (![NSOperationQueue currentQueue].isSuspended)     {        int num = arc4random_uniform(10);        int num1 = arc4random_uniform(10);        int num2 = arc4random_uniform(10);        [NSThread sleepForTimeInterval:0.05];        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{            self.lbl0.text = [NSString stringWithFormat:@"%d",num];            self.lbl1.text = [NSString stringWithFormat:@"%d",num1];            self.lbl2.text = [NSString stringWithFormat:@"%d",num2];        }];    }}@end

操作优先级

设置NSOperation在queue中的优先级,可以改变操作的执⾏优先级

- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;

优先级的取值

• NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,

• NSOperationQueuePriorityLow = -4L,

• NSOperationQueuePriorityNormal = 0,

• NSOperationQueuePriorityHigh = 4,

• NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8

说明：优先级高的任务，调用的几率会更大。

操作依赖

NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序，⽐如一定要让操作A执行完后,才能执行操作B：

[opB addDependency:opA];

可以在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系

注意:

不能循环依赖（不能A依赖于B，B又依赖于A）

1. 模拟软件的部分升级

/*=======依赖关系========*//***模拟软件的部分升级:下载->解压->通知用户升级*///下载压缩包-> 操作NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{    NSLog(@"下载 %@",[NSThread currentThread]); }];//解压,复制到相应目录NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{    NSLog(@"解压 %@",[NSThread currentThread]); }];//通知用户NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{    NSLog(@"通知用户升级完成 %@",[NSThread currentThread]); }];//设置操作的依赖关系[op2 addDependency:op1];[op3 addDependency:op2];//添加操作/***waitUntilFinished YES 等待所有的操作执行完成 会阻塞窗体的执行*waitUntilFinished NO 不等待*/[self.queue addOperations:@[op1,op2,op3] waitUntilFinished:NO];NSLog(@"over");

循环依赖

发生循环依赖,程序不会死锁。界面也不会阻塞,操作不会执行
[op2 addDependency:op1];
[op3 addDependency:op2];
[op1 addDependency:op3];

3. 依赖关系可以跨队列执行

[op2 addDependency:op1];[op3 addDependency:op2]; //子队列 [self.queue addOperations:@[op1,op2] waitUntilFinished:NO];NSLog(@"over");[[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:op3];

提示

任务添加的顺序并不能够决定执行顺序，执行的顺序取决于依赖。使用Operation的目的就是为了让开发人员不再关心线程。

操作的监听

可以监听一个操作的执行完毕：

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

- (void)demo{    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{        for (int i=1; i<3; i++)        {            [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];            NSLog(@"%@==download image = %d",[NSThread currentThread], i);        }    }];    [self.queue addOperation:op];    op.completionBlock =^{        NSLog(@"finishing download image, do other things");    };    NSLog(@"%@====I'm later than downloading image",[NSThread currentThread]);}

注意：

• 下载图片的操作在子线程中执行，op只是添加到队列里了，至于什么时候执行需要等待相应的线程；

• 因此第三个输出出现在最前面，且在主线程中；

• completionBlock中的操作要等待下载图片完成；

GCD和NSOperation的比较

GCD

• GCD是iOS4.0推出的 ,主要针对多核cpu做了优化,是C语言的技术
• GCD是将任务(block)添加到队列(串行/并行/全局/主队列),并且以同步/异步的方式执行任务的函数

GCD提供了一些NSOperation不具备的功能

• 一次性执行
• 延迟执行
• 调度组

NSOperation

• NSOperation是iOS2.0推出的,iOS4之后重写了NSOperation
• NSOperation将操作(异步的任务)添加到队列(并发队列),就会执行指定操作的函数

NSOperation里提供的方便的操作 ：

• 最大并发数
• 队列的暂停/继续
• 取消所有的操作
• 指定操作之间的依赖关系(GCD可以用同步实现)

困了,待续,近期更新……

GCD

NSThread

Pthread