多線程基礎
進程
- 什麼是進程
- 進程是指在系統中正在運行的一個應用程序
- 每個進程之間是獨立的，每個進程均運行在其專用且受保護的內存空間內
- 通過“活動監視器”可以查看Mac系統中所開啓的進程
線程
- 什麼是線程
- 1個進程要想執行任務，必須得有線程（每1個進程至少要有1條線程）
- 一個進程（程序）的所有任務都在線程中執行
線程的串行
- 1個線程中任務的執行是串行的
- 如果要在1個線程中執行多個任務，那麼只能一個一個地按順序執行這些任務
- 也就是說，在同一時間內，1個線程只能執行1個任務
線程是進程中的1條執行路徑
多線程
- 什麼是多線程
- 1個進程中可以開啓多條線程，多條線程可以並行（同時）執行不同的任務
- 進程 → 車間，線程 → 車間工人
- 多線程技術可以提高程序的執行效率
- 多線程的原理
- 同一時間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執行）
- 多線程併發（同時）執行，其實是CPU快速地在多條線程之間調度（切換）
- 如果CPU調度線程的時間足夠快，就造成了多線程併發執行的假象
- 思考：如果線程非常非常多，會發生什麼情況？
- CPU會在N多線程之間調度，CPU會累死，消耗大量的CPU資源
- 每條線程被調度執行的頻次會降低（線程的執行效率降低）
多線程的優缺點
- 多線程的優點
- 能適當提高程序的執行效率
- 能適當提高資源利用率（CPU、內存利用率）
- 多線程的缺點
- 創建線程是有開銷的，iOS下主要成本包括：內核數據結構（大約1KB）、棧空間（子線程512KB、主線程1MB，也可以使用-setStackSize:設置，但必須是4K的倍數，而且最小是16K），創建線程大約需要90毫秒的創建時間
- 如果開啓大量的線程，會降低程序的性能
- 線程越多，CPU在調度線程上的開銷就越大
- 程序設計更加複雜：比如線程之間的通信、多線程的數據共享
多線程在iOS開發中的應用
- 什麼是主線程
- 一個iOS程序運行後，默認會開啓1條線程，稱爲“主線程”或“UI線程”
- 主線程的主要作用
- 顯示\刷新UI界面
- 處理UI事件（比如點擊事件、滾動事件、拖拽事件等）
- 主線程的使用注意
- 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，嚴重影響UI的流暢度，給用戶一種“卡”的壞體驗
iOS中多線程的實現方案
多線程NSThread
創建和啓動線程
- 一個NSThread對象就代表一條線程
- 創建、啓動線程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];
// 線程一啓動，就會在線程thread中執行self的run方法- 主線程相關用法
+ (NSThread *)mainThread; // 獲得主線程
- (BOOL)isMainThread; // 是否爲主線程
+ (BOOL)isMainThread; // 是否爲主線程
- 獲得當前線程
NSThread *current = [NSThread currentThread];- 線程的名字
- (void)setName:(NSString *)n;
- (NSString *)name;其他創建線程方式
- 創建線程後自動啓動線程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];- 隱式創建並啓動線程
[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];- 上述2種創建線程方式的優缺點
- 優點：簡單快捷
- 缺點：無法對線程進行更詳細的設置
線程的狀態
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];
控制線程狀態
- 啓動線程
- (void)start;
// 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
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 進入阻塞狀態- 強制停止線程
+ (void)exit;
// 進入死亡狀態
注意：一旦線程停止（死亡）了，就不能再次開啓任務
多線程的安全隱患
- 資源共享
- 1塊資源可能會被多個線程共享，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、同一個變量、同一個文件
- 當多個線程訪問同一塊資源時，很容易引發數據錯亂和數據安全問題
安全隱患分析
安全隱患解決 – 互斥鎖
- 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1把鎖，用多把鎖是無效的
- 互斥鎖的優缺點
- 優點：能有效防止因多線程搶奪資源造成的數據安全問題
- 缺點：需要消耗大量的CPU資源
- 互斥鎖的使用前提：多條線程搶奪同一塊資源
- 相關專業術語：線程同步
- 線程同步的意思是：多條線程在同一條線上執行（按順序地執行任務）
- 互斥鎖，就是使用了線程同步技術
原子和非原子屬性
OC在定義屬性時有nonatomic和atomic兩種選擇
- atomic：原子屬性，爲setter方法加鎖（默認就是atomic）
- nonatomic：非原子屬性，不會爲setter方法加鎖
nonatomic和atomic對比
- atomic：線程安全，需要消耗大量的資源
- nonatomic：非線程安全，適合內存小的移動設備
- iOS開發的建議
- 所有屬性都聲明爲nonatomic
- 儘量避免多線程搶奪同一塊資源
- 儘量將加鎖、資源搶奪的業務邏輯交給服務器端處理，減小移動客戶端的壓力
線程間通信
- 什麼叫做線程間通信
- 在1個進程中，線程往往不是孤立存在的，多個線程之間需要經常進行通信
- 線程間通信的體現
- 1個線程傳遞數據給另1個線程
- 在1個線程中執行完特定任務後，轉到另1個線程繼續執行任務
- 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 *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
多線程GCD
- 什麼是GCD
- 全稱是Grand Central Dispatch，可譯爲“牛逼的中樞調度器”
- 純C語言，提供了非常多強大的函數
- GCD的優勢
- GCD是蘋果公司爲多核的並行運算提出的解決方案
- GCD會自動利用更多的CPU內核（比如雙核、四核）
- GCD會自動管理線程的生命週期（創建線程、調度任務、銷燬線程）
- 程序員只需要告訴GCD想要執行什麼任務，不需要編寫任何線程管理代碼
任務和隊列
- GCD中有2個核心概念
- 任務：執行什麼操作
- 隊列：用來存放任務
- GCD的使用就2個步驟
- 定製任務
- 將任務添加到隊列中
- GCD會自動將隊列中的任務取出，放到對應的線程中執行
- 任務的取出遵循隊列的FIFO原則：先進先出，後進後出
執行任務
GCD中有2個用來執行任務的常用函數
用同步的方式執行任務
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); // queue：隊列 // block：任務用異步的方式執行任務
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
- 同步和異步的區別
- 同步：只能在當前線程中執行任務，不具備開啓新線程的能力
- 異步：可以在新的線程中執行任務，具備開啓新線程的能力
- GCD中還有個用來執行任務的函數：
dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
// 在前面的任務執行結束後它才執行，而且它後面的任務等它執行完成之後纔會執行
這個queue不能是全局的併發隊列
隊列的類型
GCD的隊列可以分爲2大類型
併發隊列（Concurrent Dispatch Queue）
- 可以讓多個任務併發（同時）執行（自動開啓多個線程同時執行任務）
- 併發功能只有在異步（dispatch_async）函數下才有效
串行隊列（Serial Dispatch Queue）
- 讓任務一個接着一個地執行（一個任務執行完畢後，再執行下一個任務）
併發隊列
- 使用dispatch_queue_create函數創建隊列
dispatch_queue_t
dispatch_queue_create(const char *label, // 隊列名稱
dispatch_queue_attr_t attr); // 隊列的類型
- 創建併發隊列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.baidu.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
GCD默認已經提供了全局的併發隊列，供整個應用使用，可以無需手動創建
使用dispatch_get_global_queue函數獲得全局的併發隊列
dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue( dispatch_queue_priority_t priority, // 隊列的優先級 unsigned long flags); // 此參數暫時無用，用0即可 // 獲得全局併發隊列 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);全局併發隊列的優先級
#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 // 後臺
串行隊列
GCD中獲得串行有2種途徑
使用dispatch_queue_create函數創建串行隊列
// 創建串行隊列（隊列類型傳遞NULL或者DISPATCH_QUEUE_SERIAL） dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.baidu.queue", NULL);使用主隊列（跟主線程相關聯的隊列）
- 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，都會放到主線程中執行
- 使用dispatch_get_main_queue()獲得主隊列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
各種隊列的執行效果
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), ^{
// 執行耗時的異步操作...
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// 回到主線程，執行UI刷新操作
});
});
延時執行
- 調用NSObject的方法
[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];
// 2秒後再調用self的run方法- 使用GCD函數
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
// 2秒後執行這裏的代碼...
});- 使用NSTimer
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:NO];一次性代碼
- 使用dispatch_once函數能保證某段代碼在程序運行過程中只被執行1次
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
// 只執行1次的代碼(這裏面默認是線程安全的)
});快速迭代
- 使用dispatch_apply函數能進行快速迭代遍歷
dispatch_apply(10, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index){
// 執行10次代碼，index順序不確定
});隊列組
- 有這麼1種需求
- 首先：分別異步執行2個耗時的操作
- 其次：等2個異步操作都執行完畢後，再回到主線程執行操作
- 如果想要快速高效地實現上述需求，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), ^{
// 執行1個耗時的異步操作
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
// 執行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行完畢後，回到主線程...
});
單例模式
單例模式的作用
- 可以保證在程序運行過程，一個類只有一個實例，而且該實例易於供外界訪問
- 從而方便地控制了實例個數，並節約系統資源
單例模式的使用場合
- 在整個應用程序中，共享一份資源（這份資源只需要創建初始化1次）
ARC中，單例模式的實現
- 在.m中保留一個全局的static的實例
static id _instance; 重寫allocWithZone:方法，在這裏創建唯一的實例（注意線程安全）
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone { static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ _instance = [super allocWithZone:zone]; }); return _instance; }提供1個類方法讓外界訪問唯一的實例
+ (instancetype)sharedInstance { static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ _instance = [[self alloc] init]; }); return _instance; }實現copyWithZone:方法
- (id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone { return _instance; }
- 在.m中保留一個全局的static的實例
多線程NSOperation
- NSOperation的作用
- 配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能實現多線程編程
- NSOperation和NSOperationQueue實現多線程的具體步驟
- 先將需要執行的操作封裝到一個NSOperation對象中
- 然後將NSOperation對象添加到NSOperationQueue中
- 系統會自動將NSOperationQueue中的NSOperation取出來
- 將取出的NSOperation封裝的操作放到一條新線程中執行
NSOperation的子類
- NSOperation是個抽象類，並不具備封裝操作的能力，必須使用它的子類
- 使用NSOperation子類的方式有3種
- NSInvocationOperation
- NSBlockOperation
- 自定義子類繼承NSOperation，實現內部相應的方法
NSInvocationOperation
創建NSInvocationOperation對象
- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;調用start方法開始執行操作
- (void)start;- 一旦執行操作，就會調用target的sel方法
- 注意
- 默認情況下，調用了start方法後並不會開一條新線程去執行操作，而是在當前線程同步執行操作
- 只有將NSOperation放到一個NSOperationQueue中，纔會異步執行操作
NSBlockOperation
創建NSBlockOperation對象
+ (id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;通過addExecutionBlock:方法添加更多的操作
- (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block;注意：只要NSBlockOperation封裝的操作數 > 1，就會異步執行操作
NSOperationQueue
NSOperationQueue的作用
- NSOperation可以調用start方法來執行任務，但默認是同步執行的
- 如果將NSOperation添加到NSOperationQueue（操作隊列）中，系統會自動異步執行NSOperation中的操作
添加操作到NSOperationQueue中
- (void)addOperation:(NSOperation *)op; - (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
最大併發數
- 什麼是併發數
- 同時執行的任務數
- 比如，同時開3個線程執行3個任務，併發數就是3
最大併發數的相關方法
- (NSInteger)maxConcurrentOperationCount; - (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;
隊列的取消、暫停、恢復
取消隊列的所有操作
- (void)cancelAllOperations; // 提示：也可以調用NSOperation的- (void)cancel方法取消單個操作暫停和恢復隊列
- (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暫停隊列，NO代表恢復隊列 - (BOOL)isSuspended;
操作依賴
NSOperation之間可以設置依賴來保證執行順序
- 比如一定要讓操作A執行完後，才能執行操作B，可以這麼寫
[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依賴於操作A
- 比如一定要讓操作A執行完後，才能執行操作B，可以這麼寫
可以在不同queue的NSOperation之間創建依賴關係
操作的監聽
可以監聽一個操作的執行完畢
- (void (^)(void))completionBlock; - (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;
自定義NSOperation
- 自定義NSOperation的步驟很簡單
- 重寫- (void)main方法，在裏面實現想執行的任務
- 重寫- (void)main方法的注意點
- 自己創建自動釋放池（因爲如果是異步操作，無法訪問主線程的自動釋放池）
- 經常通過- (BOOL)isCancelled方法檢測操作是否被取消，對取消做出響應
自定義NSOperation下載圖片思路 – 無沙盒緩存
自定義NSOperation下載圖片思路 – 有沙盒緩存
多線程RunLoop
待更新，請關注博文“ios開發進階之多線程03 RunLoop”