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本文更新：2018年01月26日13:42:11

本文用來介紹 iOS 多線程中，pthread、NSThread 的使用方法及實現。
第一部分：pthread 的使用、其他相關方法。
第二部分：NSThread 的使用、線程相關用法、線程狀態控制方法、線程之間的通信、線程安全和線程同步，以及線程的狀態轉換相關知識。
文中 Demo 我已放在了 Github 上，Demo 鏈接：傳送門

1. pthread

1.1 pthread 簡介

pthread 是一套通用的多線程的 API，可以在Unix / Linux / Windows 等系統跨平臺使用，使用 C 語言編寫，需要程序員自己管理線程的生命週期，使用難度較大，我們在 iOS 開發中幾乎不使用 pthread，但是還是來可以瞭解一下的。

引自百度百科
POSIX 線程（POSIX threads），簡稱 Pthreads，是線程的 POSIX 標準。該標準定義了創建和操縱線程的一整套 API。在類Unix操作系統（Unix、Linux、Mac OS X等）中，都使用 Pthreads 作爲操作系統的線程。Windows 操作系統也有其移植版 pthreads-win32。

引自維基百科
POSIX 線程（英語：POSIX Threads，常被縮寫爲 Pthreads）是 POSIX 的線程標準，定義了創建和操縱線程的一套 API。
實現 POSIX 線程標準的庫常被稱作 Pthreads，一般用於 Unix-like POSIX 系統，如 Linux、Solaris。但是 Microsoft Windows 上的實現也存在，例如直接使用 Windows API 實現的第三方庫 pthreads-w32；而利用 Windows 的 SFU/SUA 子系統，則可以使用微軟提供的一部分原生 POSIX API。

1.2 pthread 使用方法

首先要包含頭文件#import <pthread.h>
其次要創建線程，並開啓線程執行任務

// 1. 創建線程: 定義一個pthread_t類型變量
pthread_t thread;
// 2. 開啓線程: 執行任務
pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
// 3. 設置子線程的狀態設置爲 detached，該線程運行結束後會自動釋放所有資源
pthread_detach(thread);

void * run(void *param)    // 新線程調用方法，裏邊爲需要執行的任務
{
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

    return NULL;
}

pthread_create(&thread, NULL, run, NULL); 中各項參數含義：
- 第一個參數&thread是線程對象，指向線程標識符的指針
- 第二個是線程屬性，可賦值NULL
- 第三個run表示指向函數的指針(run對應函數裏是需要在新線程中執行的任務)
- 第四個是運行函數的參數，可賦值NULL

1.3 pthread 其他相關方法

pthread_create() 創建一個線程
pthread_exit() 終止當前線程
pthread_cancel() 中斷另外一個線程的運行
pthread_join() 阻塞當前的線程，直到另外一個線程運行結束
pthread_attr_init() 初始化線程的屬性
pthread_attr_setdetachstate() 設置脫離狀態的屬性（決定這個線程在終止時是否可以被結合）
pthread_attr_getdetachstate() 獲取脫離狀態的屬性
pthread_attr_destroy() 刪除線程的屬性
pthread_kill() 向線程發送一個信號

2. NSThread

NSThread 是蘋果官方提供的，使用起來比 pthread 更加面向對象，簡單易用，可以直接操作線程對象。不過也需要需要程序員自己管理線程的生命週期(主要是創建)，我們在開發的過程中偶爾使用 NSThread。比如我們會經常調用[NSThread currentThread]來顯示當前的進程信息。

下邊我們說說 NSThread 如何使用。

2.1 創建、啓動線程

先創建線程，再啓動線程

// 1. 創建線程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
// 2. 啓動線程
[thread start];    // 線程一啓動，就會在線程thread中執行self的run方法

// 新線程調用方法，裏邊爲需要執行的任務
- (void)run {
     NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}

創建線程後自動啓動線程

// 1. 創建線程後自動啓動線程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

// 新線程調用方法，裏邊爲需要執行的任務
- (void)run {
     NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}

隱式創建並啓動線程

// 1. 隱式創建並啓動線程
[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];

// 新線程調用方法，裏邊爲需要執行的任務
- (void)run {
     NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}

2.2 線程相關用法

// 獲得主線程
+ (NSThread *)mainThread;    

// 判斷是否爲主線程(對象方法)
- (BOOL)isMainThread;

// 判斷是否爲主線程(類方法)
+ (BOOL)isMainThread;    

// 獲得當前線程
NSThread *current = [NSThread currentThread];

// 線程的名字——setter方法
- (void)setName:(NSString *)n;    

// 線程的名字——getter方法
- (NSString *)name;

2.3 線程狀態控制方法

啓動線程方法

- (void)start;
// 線程進入就緒狀態 -> 運行狀態。當線程任務執行完畢，自動進入死亡狀態

阻塞（暫停）線程方法

+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 線程進入阻塞狀態

強制停止線程

+ (void)exit;
// 線程進入死亡狀態

2.4 線程之間的通信

在開發中，我們經常會在子線程進行耗時操作，操作結束後再回到主線程去刷新 UI。這就涉及到了子線程和主線程之間的通信。我們先來了解一下官方關於 NSThread 的線程間通信的方法。

// 在主線程上執行操作
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray<NSString *> *)array;
  // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes

// 在指定線程上執行操作
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

// 在當前線程上執行操作，調用 NSObject 的 performSelector:相關方法
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;

下面通過一個經典的下載圖片 DEMO 來展示線程之間的通信。具體步驟如下：

開啓一個子線程，在子線程中下載圖片。
回到主線程刷新 UI，將圖片展示在 UIImageView 中。

DEMO 代碼如下：

/**
 * 創建一個線程下載圖片
 */
- (void)downloadImageOnSubThread {
    // 在創建的子線程中調用downloadImage下載圖片
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downloadImage) toTarget:self withObject:nil];
}

/**
 * 下載圖片，下載完之後回到主線程進行 UI 刷新
 */
- (void)downloadImage {
    NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    // 1. 獲取圖片 imageUrl
    NSURL *imageUrl = [NSURL URLWithString:@"https://ysc-demo-1254961422.file.myqcloud.com/YSC-phread-NSThread-demo-icon.jpg"];
    
    // 2. 從 imageUrl 中讀取數據(下載圖片) -- 耗時操作
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:imageUrl];
    // 通過二進制 data 創建 image
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
    
    // 3. 回到主線程進行圖片賦值和界面刷新
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(refreshOnMainThread:) withObject:image waitUntilDone:YES];
}

/**
 * 回到主線程進行圖片賦值和界面刷新
 */
- (void)refreshOnMainThread:(UIImage *)image {
    NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    // 賦值圖片到imageview
    self.imageView.image = image;
}

2.5 NSThread 線程安全和線程同步

線程安全：如果你的代碼所在的進程中有多個線程在同時運行，而這些線程可能會同時運行這段代碼。如果每次運行結果和單線程運行的結果是一樣的，而且其他的變量的值也和預期的是一樣的，就是線程安全的。

若每個線程中對全局變量、靜態變量只有讀操作，而無寫操作，一般來說，這個全局變量是線程安全的；若有多個線程同時執行寫操作（更改變量），一般都需要考慮線程同步，否則的話就可能影響線程安全。

線程同步：可理解爲線程 A 和線程 B 一塊配合，A 執行到一定程度時要依靠線程 B 的某個結果，於是停下來，示意 B 運行；B 依言執行，再將結果給 A；A 再繼續操作。

舉個簡單例子就是：兩個人在一起聊天。兩個人不能同時說話，避免聽不清(操作衝突)。等一個人說完(一個線程結束操作)，另一個再說(另一個線程再開始操作)。

下面，我們模擬火車票售賣的方式，實現 NSThread 線程安全和解決線程同步問題。

場景：總共有50張火車票，有兩個售賣火車票的窗口，一個是北京火車票售賣窗口，另一個是上海火車票售賣窗口。兩個窗口同時售賣火車票，賣完爲止。

2.5.1 NSThread 非線程安全

先來看看不考慮線程安全的代碼：

/**
 * 初始化火車票數量、賣票窗口(非線程安全)、並開始賣票
 */
- (void)initTicketStatusNotSave {
    // 1. 設置剩餘火車票爲 50
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // 2. 設置北京火車票售賣窗口的線程
    self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow1.name = @"北京火車票售票窗口";
    
    // 3. 設置上海火車票售賣窗口的線程
    self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火車票售票窗口";
    
    // 4. 開始售賣火車票
    [self.ticketSaleWindow1 start];
    [self.ticketSaleWindow2 start];

}

/**
 * 售賣火車票(非線程安全)
 */
- (void)saleTicketNotSafe {
    while (1) {
        //如果還有票，繼續售賣
        if (self.ticketSurplusCount > 0) {
            self.ticketSurplusCount --;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩餘票數：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        }
        //如果已賣完，關閉售票窗口
        else {
            NSLog(@"所有火車票均已售完");
            break;
        }
    }
}

運行後部分結果爲：

YSC-phread-NSThread-demo-NotSave.png

可以看到在不考慮線程安全的情況下，得到票數是錯亂的，這樣顯然不符合我們的需求，所以我們需要考慮線程安全問題。

2.5.2 NSThread 線程安全

線程安全解決方案：可以給線程加鎖，在一個線程執行該操作的時候，不允許其他線程進行操作。iOS 實現線程加鎖有很多種方式。@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/ge等等各種方式。爲了簡單起見，這裏不對各種鎖的解決方案和性能做分析，只用最簡單的@synchronized來保證線程安全，從而解決線程同步問題。

考慮線程安全的代碼：

/**
 * 初始化火車票數量、賣票窗口(線程安全)、並開始賣票
 */
- (void)initTicketStatusSave {
    // 1. 設置剩餘火車票爲 50
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // 2. 設置北京火車票售賣窗口的線程
    self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow1.name = @"北京火車票售票窗口";
    
    // 3. 設置上海火車票售賣窗口的線程
    self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketSafe) object:nil];
    self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火車票售票窗口";
    
    // 4. 開始售賣火車票
    [self.ticketSaleWindow1 start];
    [self.ticketSaleWindow2 start];
    
}

/**
 * 售賣火車票(線程安全)
 */
- (void)saleTicketSafe {
    while (1) {
        // 互斥鎖
        @synchronized (self) {
            //如果還有票，繼續售賣
            if (self.ticketSurplusCount > 0) {
                self.ticketSurplusCount --;
                NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩餘票數：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]);
                [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
            }
            //如果已賣完，關閉售票窗口
            else {
                NSLog(@"所有火車票均已售完");
                break;
            }
        }
    }
}

運行後結果爲：

YSC-phread-NSThread-demo-Save.png

省略一部分結果圖。。。

YSC-phread-NSThread-demo-Save1.png

可以看出，在考慮了線程安全的情況下，加鎖之後，得到的票數是正確的，沒有出現混亂的情況。我們也就解決了多個線程同步的問題。

2.6 線程的狀態轉換

當我們新建一條線程NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];，在內存中的表現爲：

YSC-phread-NSThread-demo-StatusChange.png

當調用[thread start];後，系統把線程對象放入可調度線程池中，線程對象進入就緒狀態，如下圖所示。

YSC-phread-NSThread-demo-StatusChange1.png

當然，可調度線程池中，會有其他的線程對象，如下圖所示。在這裏我們只關心左邊的線程對象。

YSC-phread-NSThread-demo-StatusChange2.png

下邊我們來看看當前線程的狀態轉換。

如果CPU現在調度當前線程對象，則當前線程對象進入運行狀態，如果CPU調度其他線程對象，則當前線程對象回到就緒狀態。
如果CPU在運行當前線程對象的時候調用了sleep方法\等待同步鎖，則當前線程對象就進入了阻塞狀態，等到sleep到時\得到同步鎖，則回到就緒狀態。
如果CPU在運行當前線程對象的時候線程任務執行完畢\異常強制退出，則當前線程對象進入死亡狀態。

只看文字可能不太好理解，具體當前線程對象的狀態變化如下圖所示。

YSC-phread-NSThread-demo-StatusChange3.png

iOS多線程詳盡總結系列文章：

本文作者： 行走少年郎

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版權聲明： 本文章採用 CC BY-NC-SA 3.0 許可協議。轉載請在文字開頭註明『本文作者』和『本文鏈接』！

iOS 多線程：『pthread、NSThread』詳盡總結

1. pthread

1.1 pthread 簡介

1.2 pthread 使用方法

1.3 pthread 其他相關方法

2. NSThread

2.1 創建、啓動線程

2.2 線程相關用法

2.3 線程狀態控制方法

2.4 線程之間的通信

2.5 NSThread 線程安全和線程同步

2.5.1 NSThread 非線程安全

2.5.2 NSThread 線程安全

2.6 線程的狀態轉換

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