多線程之NSThead的進階使用和探討


概述

NSThread類是一個繼承於NSObjct類的輕量級類。一個NSThread對象就代表一個線程。它需要管理線程的生命週期、同步、加鎖等問題,因此會產生一定的性能開銷。
使用NSThread類可以在特定的線程中被調用某個OC方法。當需要執行一個冗長的任務,並且不想讓這個任務阻塞應用中的其他部分,尤其爲了避免阻塞app的主線程(因爲主線程用於處理用戶界面展示交互和事件相關的操作),這個時候非常適合使用多線程。線程也可以將一個龐大的任務分爲幾個較小的任務,從而提高多核計算機的性能。

NSThread類在運行期監聽一個線程的語義和NSOperation類是相似的。比如取消一個線程或者決定一個任務執行完後這個線程是否存在。

本文將會從這幾個方面開始探討NSThread


方法屬性的介紹

初始化(創建)一個NSThread對象

// 返回一個初始化的NSThread對象
- (instancetype)init
// 返回一個帶有多個參數的初始化的NSThread對象
// selector :線程執行的方法,最多隻能接收一個參數
// target :selector消息發送的對象
// argument : 傳給selector的唯一參數,也可以是nil
- (instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(nullable id)argument );
// iOS 10
- (instancetype)initWithBlock:(void (^)(void))block;

啓動一個線程。

// 開闢一個新的線程,並且使用特殊的選擇器Selector作爲線程入口,調用完畢後,會馬上創建並開啓新線程
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(nullable id)argument;
 // iOS 10
+ (void)detachNewThreadWithBlock:(void (^)(void))block;
// 啓動接受者
- (void)start;
// 線程體方法,線程主要入口,start 後執行
// 該方法默認實現了目標(target)和選擇器(selector),用於初始化接受者和調用指定目標(target)的方法。如果子類化NSThread,需要重寫這個方法並且用它來實現這個線程主體。在這種情況下,是不需要調用super方法的。
// 不應該直接調用這個方法。你應該通過調用啓動方法開啓一個線程。
- (void)main;

使用initWithTarget:selector:initWithBlock:detachNewThreadSelector:detachNewThreadWithBlock:創建線程都是異步線程。

停止一個線程

// 阻塞當前線程,直到特定的時間。
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
// 讓線程處於休眠狀態,直到經過給定的時間間隔
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 終止當前線程
+ (void)exit;
// 改變接收者的取消狀態,來表示它應該終止
- (void)cancel;

決定線程狀態

// 接收者是否存在
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;
// 接收者是否結束執行
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;
// 接收者是否取消
@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;

主線程相關

// 當前線程是否是主線程
@property (class, readonly) BOOL isMainThread;
// 接受者是否是主線程
@property (readonly) BOOL isMainThread;
// 獲取主線程的對象
@property (class, readonly, strong) NSThread *mainThread;

執行環境

// 這個app是否是多線程
+ (BOOL)isMultiThreaded;
// 返回當前執行線程的線程對象。
@property (class, readonly, strong) NSThread *currentThread;
// 返回一個數組,包括回調堆棧返回的地址
@property (class, readonly, copy) NSArray<NSNumber *> *callStackReturnAddresses ;
// 返回一個數組,包括回調堆棧信號
@property (class, readonly, copy) NSArray<NSString *> *callStackSymbols;

線程屬性相關

// 線程對象的字典
@property (readonly, retain) NSMutableDictionary *threadDictionary;

NSAssertionHandlerKey
// 接收者的名字
@property (nullable, copy) NSString *name;
// 接收者的對象大小,以byte爲單位
@property NSUInteger stackSize;

線程優先級

// 線程開啓後是個只讀屬性
@property NSQualityOfService qualityOfService;
// 返回當前線程的優先級
+ (double)threadPriority;
// 接受者的優先級,已經廢棄,使用qualityOfService代替
@property double threadPriority;
// 設置當前線程的優先級。設置線程的優先級(0.0 - 1.0,1.0最高級)
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;

通知

// 未被實現,沒有實際意義,保留項
NSDidBecomeSingleThreadedNotification
// 在線程退出前,一個NSThread對象收到到退出消息時會發送這個通知。
NSThreadWillExitNotification
// 當第一個線程啓動時會發送這個通知。這個通知最多發送一次。當NSThread第一次發送用`detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:`,`detachNewThreadWithBlock:`,`start`消息時,發送通知。後續調用這些方法是不會發送通知。
NSWillBecomeMultiThreadedNotification

線程間通信,
在NSObject的分類NSThreadPerformAdditions中的方法(NSThread.h文件中)具有這些特性:

  1. 無論是在主線程還是在子線程中都可執行,並且均會調用主線程的aSelector方法;
  2. 方法是異步的
@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)
// 如果設置wait爲YES: 等待當前線程執行完以後,主線程纔會執行aSelector方法;
// 如果設置wait爲NO:不等待當前線程執行完,就在主線程上執行aSelector方法。
// 如果,當前線程就是主線程,那麼aSelector方法會馬上執行,wait是YES參數無效。
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array;

// 等於第一個方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的情況。指定了線程中 Runloop 的 Modes =  kCFRunLoopCommonModes。
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

// 在指定線程上操作,因爲子線程默認未添加NSRunloop,在線程未添加runloop時,是不會調用選擇器中的方法的。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:( NSArray<NSString *> *)array ;
// 等於第一個方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的情況。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait ;

// 隱式創建子線程,在後臺創建。並且是個同步線程。
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg ;
@end

直接給接受者發消息的其他方法。

  1. 協議NSObject中的方法,可在主線程或者子線程執行。因爲是在當前線程執行的同步任務,因此會阻塞當前線程。這幾個方法等同於直接調用方法。
// 當前線程操作。
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;
  1. 延遲操作&按照順序操作

NSRunLoop.h文件中

// 延遲操作
/**************** 	Delayed perform	 ******************/

@interface NSObject (NSDelayedPerforming)
// 異步方法,不會阻塞當前線程,只能在主線程中執行。是把`Selector`加到主隊列裏,當 `delay`之後執行`Selector`。如果主線程在執行業務,那隻能等到執行完所有業務之後纔會去執行`Selector`,就算`delay`等於 0。
// 那`delay `從什麼時候開始計算呢?從發送`performSelector`消息的時候。就算這時主線程在阻塞也會計算時間,當阻塞結束之後,如果到了`delay`那就執行`Selector`,如果沒到就繼續 `delay`。
// 只能在主線程中執行,在子線程中不會調到aSelector方法
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray<NSRunLoopMode> *)modes;
// 等於第一個方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的情況。指定了線程中 Runloop 的 Modes =  kCFRunLoopCommonModes。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;
// 在方法未到執行時間之前,取消方法。調用這2個方法當前target執行dealloc之前,以確保不會Crash。
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector object:(nullable id)anArgument;
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget;

@end
// 按照排序順序執行
@interface NSRunLoop (NSOrderedPerform)
// 按某種順序order執行方法。參數order越小,優先級越高,執行越早
// selector都是target的方法,argument都是target的參數
// 這2個方法會設置一個定時器去在下個runloop循環的開始時讓target執行aSelector消息。 定時器根據modes確認模式。當定時器觸發,定時器嘗試隊列從runloop中拿出消息並執行。
如果run loop 正在運行,並且是指定modes的一種,則是成功的,否則定時器一直等待直到runloop是modes 中的一種。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector target:(id)target argument:(nullable id)arg order:(NSUInteger)order modes:(NSArray<NSRunLoopMode> *)modes;
- (void)cancelPerformSelector:(SEL)aSelector target:(id)target argument:(nullable id)arg;
- (void)cancelPerformSelectorsWithTarget:(id)target;

@end

本文介紹大部分的知識點如思維導圖:

使用

  1. 創建線程
    用initXXX初始化的需要調用start方法來啓動線程。而detachXXX初始化方法,直接啓動線程。這個2中方式創建的線程都是顯式創建線程。
//1. 手動開啓,action-target 方式
NSThread * actionTargetThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(add:) object:nil];
[actionTargetThread start];
//2. 手動開啓, block 方式
NSThread *blockThread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
    NSLog(@"%s",__func__);
}];
[blockThread start];
//3. 創建就啓動, action-target 方式
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(add2:) toTarget:self withObject:@"detachNewThreadSelector"];
//4. 創建就啓動, block 方式
[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    NSLog(@"%s",__func__);
}];
  1. 線程中通信

2.1 NSThreadPerformAdditions分類方法,異步調用方法
// 無論在子線程還是主線程,都會調用主線程方法。

a. 主線程

    [self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:nil waitUntilDone:YES];
    //[self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];

子線程默認沒有開啓runloop。需要手動添加,不然選擇器方法無法調用。

b. 子線程

使用initWithBlock:方式創建。

//1. 開闢一個子線程
NSThread *subThread1 = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
  // 2.子線程方法中添加runloop
  // 3.實現線程方法
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}];
//1.2. 啓動一個子線程
[subThread1 start];
// 2. 在子線程中調用方法
// [self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"22" waitUntilDone:YES];
[self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];

使用initWithTarget:selector:object:創建。

// 1. 開闢一個子線程
NSThread *subThread2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(startThread) object:nil];
// 1.2 啓動一個子線程
[subThread2 start];
// 3. 在子線程中調用方法
// [self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread2 withObject:@"22" waitUntilDone:YES];
[self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
// 2.子線程方法中添加runloop
- (void)startThread{
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}

c. 後臺線程(隱式創建一個線程)

[self performSelectorInBackground:@selector(add:) withObject:@"arg"];

2.2 協議NSObject方法
創建是的同步任務。

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    // 直接調用
    [self performSelector:@selector(add:) withObject:@"xxx"];
}];

2.3 延遲
NSObject分類NSDelayedPerforming方法,添加異步任務,並且是在主線程上執行。

[self performSelector:@selector(add:) withObject:self afterDelay:2];

2.4 按照順序操作
NSRunLoop分類NSOrderedPerform中的方法

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    NSRunLoop *currentRunloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    // 記得添加端口。不然無法調用selector方法
    [currentRunloop addPort:[NSPort port] forMode:(NSRunLoopMode)kCFRunLoopCommonModes];
    [currentRunloop performSelector:@selector(add:) target:self argument:@"arg1" order:1 modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
    [currentRunloop performSelector:@selector(add:) target:self argument:@"arg3" order:3 modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
    [currentRunloop run];
}];

線程安全

問題:

多個線程可能會同時訪問同一塊資源。比如多個線程同時訪問同一個對象、同一個變量、同一個文件等。當多個線程同時搶奪同一個資源,會引起線程不安全性,可能會造成數據錯亂和數據安全問題。

解決:

使用線程同步技術: 可以對可能會被搶奪的資源,在被被競爭的時候加鎖。讓其保證線程同步狀態。而鎖具有多種類型:比如讀寫鎖、自旋鎖、互斥鎖、信號量、條件鎖等。在NSThread可能造成資源搶奪情況下,可以使用互斥鎖。互斥鎖就是多個線程任務按順序的執行。
如下就使用的情況之一:對需要讀寫操作的資源,進行加鎖操作。

for (NSInteger index = 0 ; index < 100; index ++) {
    @synchronized (self) {
        self.allCount -= 5;
        NSLog(@"%@賣出了車票,還剩%ld",[NSThread currentThread].name,self.allCount);
    }
}

線程生命週期。

線程的生命週期是:新建 - 就緒 - 運行 - 阻塞 - 死亡。當線程啓動後,它不能一直“霸佔”着CPU獨自運行,所以CPU需要在多條線程之間切換,於是線程狀態也就會隨之改變。

  1. 新建和就緒狀態
    顯式創建,使用initWithTarget:selector:initWithBlock:創建一個線程,未啓動,只有發送start消息纔會啓動,然後處於就行狀態。
    使用detachNewThreadWithBlock:detachNewThreadSelector:toTarget:顯示創建並立即啓動。 還有種創建方式,隱式創建並立即啓動:performSelectorInBackground:withObject:

  2. 運行和阻塞狀態
    如果處於就緒狀態的線程獲得了CPU資源,開始執行可執行方法的線程執行體(block或者@Selector),則該線程處於運行狀態。

當發生如下情況下,線程將會進入阻塞狀態:

  • 線程調用sleep方法:sleepUntilDate: sleepForTimeInterval:主動放棄所佔用的處理器資源。
  • 線程調用了一個阻塞式IO方法,在該方法返回之前,該線程被阻塞。
    線程試圖獲得一個同步監視器,但該同步監視器正被其他線程鎖持有。
  • 線程在等待某個通知(notify)。
  • 程序調用了線程的suspend方法將該線程掛起。不過這個方法容易導致死鎖,所以程序應該儘量避免使用該方法。
      當前正在執行的線程被阻塞之後,其他線程就可以獲得執行的機會了。被阻塞的線程會在合適時候重新進入就緒狀態,注意是就緒狀態而不是運行狀態。也就是
    說被阻塞線程的阻塞解除後,必須重新等待線程調度器再次調度它。
    針對上面的幾種情況,當發生如下特定的情況將可以解除上面的阻塞,讓該線程重新進入就緒狀態:
  • 調用sleep方法的線程經過了指定時間。
  • 線程調用的阻塞式IO方法已經返回。
  • 線程成功地獲得了試圖取得同步監視器。
  • 線程正在等待某個通知時,其他線程發出了一個通知。
  • 處於掛起狀態的線程被調用了resume恢復方法。
  1. 線程死亡
  • 可執行方法執行完成,線程正常結束。
  • 程序的意外奔潰。
  • 該線程的發送exit消息來結束該線程。
// 1. 創建:New狀態
NSThread * actionTargetThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(add:) object:nil];
// 2. 啓動:就緒狀態
[actionTargetThread start];
// 可執行方法
- (void)add:(id)info{
    // 3. 執行狀態
    NSLog(@"%s,info %@",__func__,info);
    // 5. 當前線程休眠
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"after");
    // 4. 程序正常退出
}
// 6. 打取消標籤
[actionTargetThread cancel];
// 7. 主動退出
[NSThread exit];

注意:

  • NSThread 管理多個線程比較困難,所以不太推薦在多線程任務多的情況下使用。
  • 蘋果官方推薦使用GCD和NSOperation。
  • [NSTread currentThread] 跟蹤任務所在線程,適用於NSTread,NSOperation,和GCD
  • 用NSThread創建的線程,不會自動添加autoreleasepool

參考

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章