前言

多線程開發(fā)在iOS中有著舉足輕重的位置懒棉，學習好多線程是每一個iOS Developer必須要掌握的技能喜颁。今天就聊一聊多線程的相關知識。

1.基本概念

進程

• 進程代表當前運行的一個程序
• 是系統(tǒng)分配資源的基本單位
• 每個進程之間是獨立的柜裸，每個進程均運行在其專用且受保護的內(nèi)存空間內(nèi)
• 比如同時打開QQ鹿鳖、Xcode，系統(tǒng)就會分別啟動2個進程

• 進程可以理解為一個工廠
• 通過“活動監(jiān)視器”可以查看Mac系統(tǒng)中所開啟的進程

線程

• 線程是進程的基本執(zhí)行單元疫衩，一個進程（程序）的所有任務都在線程中執(zhí)行
• 一個進程含有一個線程或多個線程
• 應用程序打開后會默認開辟一個線程叫做主線程或者UI線程
• 比如使用酷狗播放音樂硅蹦、使用迅雷下載電影，都需要在線程中執(zhí)行

• 線程可以理解為工廠里的工人

串行

• 多個任務按順序執(zhí)行
• 類似于一個窗口辦公排隊
• 也就是說闷煤，在同一時間內(nèi)童芹，1個線程只能執(zhí)行1個任務
• 比如在1個線程中下載3個文件（分別是文件A、文件B鲤拿、文件C）就要依次執(zhí)行

并行

• 多個任務同一時間一起執(zhí)行
• 類似于多個窗口辦公
• 比如同時開啟3條線程分別下載3個文件（分別是文件A假褪、文件B、文件C）近顷，同時執(zhí)行

并發(fā)

• 很多人容易認為并發(fā)和并行是一個意思生音，但實際上他們有本質(zhì)的區(qū)別
• 并發(fā)看起來像多個任務同一時間一起執(zhí)行
• 但實際上是CPU快速的輪轉切換造成的假象

多線程

• 本質(zhì)
  • 在一個進程中開啟多個線程并發(fā)執(zhí)行
• 原理
  • 同一時間，CPU只能處理1條線程窒升，只有1條線程在工作（執(zhí)行）
  • 多線程并發(fā)（同時）執(zhí)行缀遍，其實是CPU快速地在多條線程之間調(diào)度（切換）
  • 如果CPU調(diào)度線程的時間足夠快，就造成了多線程并發(fā)執(zhí)行的假象
• 優(yōu)點
  • 能適當提高程序的執(zhí)行效率
  • 能適當提高資源利用率（CPU饱须、內(nèi)存利用率）
• 缺點

  • 線程需要耗費系統(tǒng)資源

  • 主線程需要消耗椛桑空間的1MB資源

  • 其他線程每個消耗512KB資源

  • 程序設計更加復雜：比如線程之間的通信、多線程的數(shù)據(jù)共享

  • 不推薦過多使用

主線程

• 概念
  • 一個iOS程序運行后冤寿，默認會開啟1條線程歹苦，稱為“主線程”或“UI線程”
• 作用
  • 顯示\刷新UI界面
  • 處理UI事件（比如點擊事件、滾動事件督怜、拖拽事件等）
• 注意
  • 別將比較耗時的操作放到主線程中
  • 耗時操作會卡住主線程殴瘦，嚴重影響UI的流暢度，給用戶一種“卡”的壞體驗

耗時操作的執(zhí)行

• 放到主線程

• 因為在主線程中的任務是按照順序依次執(zhí)行的
• 如果把耗時操作放在主線程里号杠，會等待它執(zhí)行完后才能執(zhí)行其他操作
• 如果在等待執(zhí)行完畢的時間里點擊了其他控件就會給用戶一種卡住的感覺蚪腋，嚴重影響用戶體驗

• 放到子線程

• 在用戶點擊按鈕的時候就會做出反應
• 兩個線程同時執(zhí)行丰歌，互不影響

iOS中多線程的實現(xiàn)方案

2.多線程實現(xiàn)

PThread

• 簡單了解

- (IBAction)buttonClick:(id)sender {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
    
    pthread_t thread2;
    pthread_create(&thread2, NULL, run, NULL);
}

void * run(void *param)
{
    for (NSInteger i = 0; i<50000; i++) {
        NSLog(@"------buttonClick---%zd--%@", i, [NSThread currentThread]);
    }
    return NULL;
}

NSThread

• 基本創(chuàng)建方法

• 一個NSThread對象就代表一條線程

• 創(chuàng)建、啟動線程

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

// 需要手動開啟線程
[thread start];

• 主線程相關用法

// 獲得主線程
+ (NSThread *)mainThread;

// 是否為主線程
- (BOOL)isMainThread;

// 是否為主線程
+ (BOOL)isMainThread;

• 獲得當前線程

NSThread *current = [NSThread currentThread];

• 線程的名字

- (void)setName:(NSString *)name;
- (NSString *)name;

• 其他創(chuàng)建方法

  • 創(chuàng)建線程后自動啟動線程

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

  • 隱式創(chuàng)建并啟動線程

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

• 上述2種創(chuàng)建線程方式的優(yōu)缺點
  • 優(yōu)點：簡單快捷
  • 缺點：無法對線程進行更詳細的設置

GCD

• 概念
  • 全稱是Grand Central Dispatch屉凯，可譯為“牛逼的中樞調(diào)度器”
  • 純C語言立帖，提供了非常多強大的函數(shù)
• 優(yōu)勢
  • GCD是蘋果公司為多核的并行運算提出的解決方案
  • GCD會自動利用更多的CPU內(nèi)核（比如雙核、四核）
  • GCD會自動管理線程的生命周期（創(chuàng)建線程悠砚、調(diào)度任務晓勇、銷毀線程）
  • 程序員只需要告訴GCD想要執(zhí)行什么任務，不需要編寫任何線程管理代碼

GCD中有2個核心概念

• 任務：執(zhí)行什么操作

• 隊列：用來存放任務

• GCD的使用就2個步驟

  • 定制任務
  • 確定想做的事情

• 將任務添加到隊列中

  • GCD會自動將隊列中的任務取出灌旧，放到對應的線程中執(zhí)行
  • 任務的取出遵循隊列的FIFO原則：先進先出绑咱，后進后出

執(zhí)行任務

• GCD中有2個用來執(zhí)行任務的函數(shù)
• 用同步的方式執(zhí)行任務

// queue：隊列
// block：任務

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

• 用異步的方式執(zhí)行任務

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

• 同步和異步的區(qū)別
  • 同步：只能在當前線程中執(zhí)行任務，不具備開啟新線程的能力
  • 異步：可以在新的線程中執(zhí)行任務枢泰，具備開啟新線程的能力

隊列的類型

• GCD的隊列可以分為2大類型

  • 并發(fā)隊列（Concurrent Dispatch Queue）

    • 可以讓多個任務并發(fā)（同時）執(zhí)行（自動開啟多個線程同時執(zhí)行任務）
      并發(fā)功能只有在異步（dispatch_async）函數(shù)下才有效

  • 串行隊列（Serial Dispatch Queue）

    • 讓任務一個接著一個地執(zhí)行（一個任務執(zhí)行完畢后描融，再執(zhí)行下一個任務）

容易混淆的術語

• 有4個術語比較容易混淆：同步、異步衡蚂、并發(fā)窿克、串行

• 同步和異步主要影響：能不能開啟新的線程

  • 同步：在當前線程中執(zhí)行任務，不具備開啟新線程的能力
  • 異步：在新的線程中執(zhí)行任務毛甲，具備開啟新線程的能力

• 并發(fā)和串行主要影響：任務的執(zhí)行方式

  • 并發(fā)：多個任務并發(fā)（同時）執(zhí)行
  • 串行：一個任務執(zhí)行完畢后让歼，再執(zhí)行下一個任務

并發(fā)隊列

• GCD默認已經(jīng)提供了全局的并發(fā)隊列，供整個應用使用丽啡，不需要手動創(chuàng)建
• 使用dispatch_get_global_queue函數(shù)獲得全局的并發(fā)隊列

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(
dispatch_queue_priority_t priority, // 隊列的優(yōu)先級
unsigned long flags); // 此參數(shù)暫時無用谋右，用0即可
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); // 獲得全局并發(fā)隊列

• 手動創(chuàng)建并發(fā)隊列
  • 參數(shù)1：隊列標識
  • 參數(shù)2：隊列類型

 dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("CONCURRENT", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

• 全局并發(fā)隊列的優(yōu)先級

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默認（中）
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后臺

串行隊列

• GCD中獲得串行有2種途徑

• 手動創(chuàng)建串行隊列

• 使用dispatch_queue_create函數(shù)創(chuàng)建串行隊列

// "SERIAL" 是一個標識符，可以自己填寫补箍，通常填寫com.公司的域名
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("SERIAL", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); 
dispatch_release(queue); // 非ARC需要釋放手動創(chuàng)建的隊列

• 使用主隊列（跟主線程相關聯(lián)的隊列）
• 主隊列是GCD自帶的一種特殊的串行隊列
• 放在主隊列中的任務改执，都會放到主線程中執(zhí)行
• 使用dispatch_get_main_queue()獲得主隊列

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

各種隊列的執(zhí)行效果

• 注意：
  • 使用sync函數(shù)往當前串行隊列中添加任務，會卡住當前的串行隊列

線程間通信示例

• 從子線程回到主線程

dispatch_async(
dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 執(zhí)行耗時的異步操作...
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 回到主線程坑雅，執(zhí)行UI刷新操作
        });
});

延時執(zhí)行

• iOS常見的延時執(zhí)行有2種方式

  • 調(diào)用NSObject的方法

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

  • 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...
    });
    

隊列組

• 有這么1種需求

  • 首先：分別異步執(zhí)行2個耗時的操作
  • 其次：等2個異步操作都執(zhí)行完畢后辈挂，再回到主線程執(zhí)行操作

• 如果想要快速高效地實現(xiàn)上述需求，可以考慮用隊列組

dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 執(zhí)行1個耗時的異步操作
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 執(zhí)行1個耗時的異步操作
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 等前面的異步操作都執(zhí)行完畢后裹粤，回到主線程...
});

寫單例使用的線程

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

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

單例模式

• 作用

  • 可以保證在程序運行過程终蒂，一個類只有一個實例，而且該實例易于供外界訪問
    從而方便地控制了實例個數(shù)遥诉，并節(jié)約系統(tǒng)資源

• 使用場合

  • 在整個應用程序中拇泣，共享一份資源（這份資源只需要創(chuàng)建初始化1次）

• 單例模式在ARC\MRC環(huán)境下的寫法有所不同，需要編寫2套不同的代碼

• 可以用宏判斷是否為ARC環(huán)境

#if __has_feature(objc_arc)
// ARC
#else
// MRC
#endif

單例模式（ARC）

// 在.m中保留一個全局的static的實例
static id _instance;

// 重寫allocWithZone:方法矮锈，在這里創(chuàng)建唯一的實例（注意線程安全）
+ (id)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
    @synchronized(self) {
        if (!_instance) {
            _instance = [super allocWithZone:zone];
        }
    }
    return _instance;
}

• 提供1個類方法讓外界訪問唯一的實例

+ (instancetype)sharedSoundTool
{
    @synchronized(self) {
        if (!_instance) {
            _instance = [[self alloc] init];
        }
    }
    return _instance;
}

• 實現(xiàn)copyWithZone:方法

- (id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
    return _instance;
}

單例模式 – MRC

• MRC里霉翔，單例模式的實現(xiàn)（比ARC多了幾個步驟）
• 實現(xiàn)內(nèi)存管理方法

- (id)retain { return self; }
- (NSUInteger)retainCount { return 1; }
- (oneway void)release {}
- (id)autorelease { return self; }

NSOperation

• NSOperation 是蘋果公司對 GCD 的封裝，完全面向?qū)ο蟀浚允褂闷饋砀美斫狻?大家可以看到 NSOperation 和 NSOperationQueue 分別對應 GCD 的 任務 和 隊列 债朵。操作步驟也很好理解
• 系統(tǒng)為我們提供了NSOperation的子類我們可以直接使用

//

    NSInvocationOperation *operation1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(operationAction) object:nil];
    
    NSBlockOperation *operation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"haha ----- %@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 隊列
    NSOperationQueue *operationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
    // 任務1完事以后才執(zhí)行任務2
    [operation2 addDependency:operation1];
    
    // 設置最大并發(fā)數(shù)()
    operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 4;
    
    [operationQueue addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"hello ------ %@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [operationQueue addOperation:operation1];
    [operationQueue addOperation:operation2];

NSOperation 對比 GCD

• GCD效率更高子眶，使用起來也很方便
• NSOperation面向?qū)ο螅勺x性更高序芦，架構更清晰臭杰，對于復雜多線程場景，如并發(fā)中存在串行谚中，和設置最大并發(fā)數(shù),擁有現(xiàn)在的API渴杆，使用起來特別簡單

3.線程的狀態(tài)

控制線程的狀態(tài)

• 啟動線程

// 進入就緒狀態(tài)->運行狀態(tài)。 當線程執(zhí)行完畢自動進入死亡狀態(tài)藏杖。
- (void)start;

• 阻塞（暫停）線程

// 進入阻塞狀態(tài)
+ (void)sleepUntilData:(NSDate *)data;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;

• 強制停止狀態(tài)

// 進入死亡狀態(tài)
+ (void)exit;

• 注意
  • 一旦線程停止（死亡）了，就不能再次開啟任務

多線程的安全隱患問題

• 1塊資源可能會被多個線程共享脉顿，也就是多個線程可能會訪問同一塊資源
• 比如多個線程訪問同一個對象蝌麸、同一個變量、同一個文件
• 當多個線程訪問同一塊資源時艾疟，很容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯亂和數(shù)據(jù)安全問題
• 比如下面這個例子

• 線程A從內(nèi)存中拿出一個Integer類型的值来吩，為17；進行加1操作后變?yōu)?8蔽莱，然后返回給內(nèi)存
• 線程B同時從內(nèi)存中拿出一個Integer類型的值弟疆，為17；進行加1操作后變?yōu)?8盗冷，然后返回給內(nèi)存
• 出現(xiàn)的問題就是分別在兩個線程中做了加1操作怠苔，然而最后的結果只顯示了一次加1的結果，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)錯亂的問題仪糖，正確結果應該是變?yōu)?0

• 解決方案柑司，使用互斥鎖

• 線程A進入內(nèi)存讀取值得時候先加一把鎖，讓外界無法拿到17進行修改锅劝，等線程A對17做完加1操作后返回給內(nèi)存后攒驰，在解鎖
• 此時如果線程B來內(nèi)存中想要修改17的時候，發(fā)現(xiàn)上了鎖故爵，只能等待線程A做完操作后才能修改值玻粪，而A操作完后此時的值已經(jīng)變成了18，B從內(nèi)存中要修改的話诬垂，直接從內(nèi)存中拿到的就是18劲室，開始修改，然后加鎖不讓其他線程進來结窘。改完過后痹籍，在解鎖。方便下一個線程進來修改晦鞋。蹲缠。

互斥鎖

• 使用前提
  • 多條線程搶奪同一塊資源
• 相關專業(yè)術語
  • 線程同步
• 互斥鎖使用格式

@synchronized(鎖對象)
{
    //需要鎖定的代碼
}

• 注意：
  • 鎖定1份代碼只用一把鎖棺克，用多把鎖是無效的
  • 為了保證唯一性，鎖對象一般填self
• 互斥鎖的優(yōu)缺點
  • 優(yōu)點：
    • 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
    • 需要消耗大量的CPU資源

線程間通信

• 概念
  • 在1個進程中线定，線程往往不是孤立存在的娜谊，多個線程之間需要經(jīng)常進行通信
• 表現(xiàn)
  • 1個線程傳遞數(shù)據(jù)給另1個線程
  • 在1個線程中執(zhí)行完特定任務后，轉到另1個線程繼續(xù)執(zhí)行任務
• 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 *)thread withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

• 例子

  
  
  • 在子線程中做耗時的操作斤讥，比如下載圖片
  • 在子線程中操作完后要回到主線程做UI的刷新操作（顯示圖片）

最后

多線程在開發(fā)中非常重要纱皆，非常重要，非常重要芭商，一定要熟練掌握派草。