多線程在iOS開發中的應用

来源:http://www.cnblogs.com/chao8888/archive/2016/06/14/5585669.html
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多線程基本概念 多線程實現方案 1.pthread 2.NSThread （1）基本使用 （2）設置線程屬性 （3）線程的狀態 （4）線程安全 （5）線程間通信 （6）如何計算代碼段的執行時間 3.GCD （1）GCD基本知識 兩個核心概念 隊列和任務 同步函數和非同步函數 （2）GCD基本使用【重點 ...


多線程基本概念

01 進程
    進程是指在系統中正在運行的一個應用程式。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記憶體空間內。

02 線程

    2-1 基本概念
        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），線程是進程的基本執行單元，一個進程（程式）的所有任務都線上程中執行。
    2-2 線程的串列
        1個線程中任務的執行是串列的，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。
03 多線程
    3-1 基本概念
        即1個進程中可以開啟多條線程，每條線程可以並行（同時）執行不同的任務。
    3-2 線程的並行
        並行即同時執行。比如同時開啟3條線程分別下載3個文件（分別是文件A、文件B、文件C。
    3-3 多線程併發執行的原理
        在同一時間里，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
    3-4 多線程優缺點
        優點
            1）能適當提高程式的執行效率。
            2）能適當提高資源利用率（CPU、記憶體利用率）
        缺點
            1）開啟線程需要占用一定的記憶體空間（預設情況下，主線程占用1M，子線程占用512KB），如果開啟大量的線程，會占用大量的記憶體空間，降低程式的性能。
            2）線程越多，CPU在調度線程上的開銷就越大。
            3）程式設計更加複雜：比如線程之間的通信、多線程的數據共用

04 多線程在iOS開發中的應用
    4-1 主線程
        1）一個iOS程式運行後，預設會開啟1條線程，稱為“主線程”或“UI線程”。
        2）作用。刷新顯示UI,處理UI事件。
    4-2 使用註意
        1）不要將耗時操作放到主線程中去處理，會卡住線程。
        2）和UI相關的刷新操作必須放到主線程中進行處理。

多線程實現方案

1.pthread

    //pthread需要包含頭文件
    //1.創建線程對象
    pthread_t thread;
    NSString *name = @"線程";
    //2.使用pthread創建線程
    //第一個參數：線程對象地址
    //第二個參數：線程屬性
    //第三個參數：指向函數的指針
    //第四個參數：傳遞給該函數的參數
    pthread_create(&thread, NULL, run, (__bridge void *)(name));

2.NSThread

（1）基本使用

**第一種:alloc init**
需要手動開啟線程，可以拿到線程對象進行詳細設置

//1.創建線程
NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"線程"];
//2.啟動線程
[thread start];

**第二種:分離(detach)出一條子線程**
自動啟動線程，無法對線程進行更詳細的設置
 
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run:) toTarget:self withObject:@"分離出的子線程"];

**第三種:後臺線程**
自啟動，不能詳細設置

[self performSelectorInBackground:@selector(run:) withObject:@"後臺線程"];

（2）設置線程屬性

//線程名稱
thread.name = @"線程A";

//線程的優先順序,取值範圍0.0~1.0，1.0的優先順序最高,預設0.5
thread.threadPriority = 1.0;

（3）線程的狀態

//線程的各種狀態：新建-就緒-運行-阻塞-死亡
//常用的控制線程狀態的方法
[NSThread exit];//退出當前線程
[NSThread sleepForTimeInterval:2.0];//阻塞線程
[NSThread sleepUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:2.0]];//阻塞線程
//註意：線程死了不能復生

（4）線程安全

01 前提：多個線程訪問同一塊資源會發生數據安全問題
02 解決方案：加互斥鎖
03 相關代碼：@synchronized(self){}
04 專業術語-線程同步
05 原子和非原子屬性（是否對setter方法加鎖）

（5）線程間通信

-(void)touchesBegan:(nonnull NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(nullable UIEvent *)event
{
    //開啟子線程下載圖片
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downloadImage) toTarget:self withObject:nil];
}

-(void)downloadImage
{
    //1.確定圖片url
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://p6.qhimg.com/t01d2954e2799c461ab.jpg"];

    //2.根據url地址下載圖片數據到本地（二進位數據）
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

    //3.把下載到本地的二進位數據轉換成圖片
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];

    //4.回到主線程刷新UI
    //4.1 第一種方式
//    [self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];

    //4.2 第二種方式
    [self.imageView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];

    //4.3 第三種方式
//    [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) onThread:[NSThread mainThread] withObject:image waitUntilDone:YES];
}

（6）如何計算代碼段的執行時間

//第一種方法
    NSDate *start = [NSDate date];
    
    //2.根據url地址下載圖片數據到本地（二進位數據）
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    NSDate *end = [NSDate date];
    
    NSLog(@"第二步操作花費的時間為%f",[end timeIntervalSinceDate:start]);

//第二種方法
    CFTimeInterval start = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

    CFTimeInterval end = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    NSLog(@"第二步操作花費的時間為%f",end - start);

3.GCD

（1）GCD基本知識

  • 兩個核心概念 隊列和任務
  • 同步函數和非同步函數

（2）GCD基本使用【重點】

（3）GCD線程間通信

 //0.獲取一個全局的隊列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

    //1.先開啟一個線程，把下載圖片的操作放在子線程中處理
    dispatch_async(queue, ^{

       //2.下載圖片
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://h.hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/6a63f6246b600c3320b14bb3184c510fd8f9a185.jpg"];
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];

        NSLog(@"下載操作所在的線程--%@",[NSThread currentThread]);

        //3.回到主線程刷新UI
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
           self.imageView.image = image;
           //列印查看當前線程
            NSLog(@"刷新UI---%@",[NSThread currentThread]);
        });

    });

（4）GCD其它常用函數


    01 柵欄函數（控制任務的執行順序）
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"--dispatch_barrier_async-");
    });

    02 延遲執行（延遲·控制在哪個線程執行）
      dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSLog(@"---%@",[NSThread currentThread]);
    });

    03 一次性代碼（註意不能放到懶載入）
    -(void)once
    {
        //整個程式運行過程中只會執行一次
        //onceToken用來記錄該部分的代碼是否被執行過
        static dispatch_once_t onceToken;
        dispatch_once(&onceToken, ^{

            NSLog(@"-----");
        });
    }

    04 快速迭代（開多個線程併發完成迭代操作）
       dispatch_apply(subpaths.count, queue, ^(size_t index) {
    });

    05 隊列組（同柵欄函數）
    //創建隊列組
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    //隊列組中的任務執行完畢之後，執行該函數
    dispatch_group_notify(dispatch_group_t group,
    dispatch_queue_t queue,
    dispatch_block_t block);

4.NSOperation

（1）概念

  • NSOperation是對GCD的包裝
  • 兩個核心概念【隊列+操作】

（2）使用

  • NSOperation本身是抽象類，只能只有它的子類
  • 三個子類分別是：NSBlockOperation、NSInvocationOperation以及自定義繼承自NSOperation的類
  • NSOperation和NSOperationQueue結合使用實現多線程併發

（3）代碼

// 1.NSInvocationOperation
    //1.封裝操作
    NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];

    //2.啟動操作
    [operation start];
-------------------------------------------------
// 2.NSBlockOperation
    //1.封裝操作
    /*
     NSBlockOperation提供了一個類方法，在該類方法中封裝操作
     */
    NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        //在主線程中執行
        NSLog(@"---download1--%@",[NSThread currentThread]);
    }];

    //2.追加操作，追加的操作在子線程中執行
    [operation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"---download2--%@",[NSThread currentThread]);
    }];

    [operation addExecutionBlock:^{
         NSLog(@"---download3--%@",[NSThread currentThread]);
    }];

    //3.啟動執行操作
    [operation start];

----------------------------------------------
// 3.自定義NSOperation
    //如何封裝操作？
    //自定義的NSOperation,通過重寫內部的main方法實現封裝操作
    -(void)main
    {
        NSLog(@"--main--%@",[NSThread currentThread]);
    }

    //如何使用？
    //1.實例化一個自定義操作對象
    ZCOperation *op = [[ZCOperation alloc]init];

    //2.執行操作
    [op start];

NSOperationQueue

（1）NSOperation中的兩種隊列

  • 主隊列 通過mainQueue獲得，凡是放到主隊列中的任務都將在主線程執行
  • 非主隊列 直接alloc init出來的隊列。非主隊列同時具備了併發和串列的功能，通過設置最大併發數屬性來控制任務是併發執行還是串列執行

（2）代碼

//自定義NSOperation
-(void)customOperation
{
    //1.創建隊列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    //2.封裝操作
    //好處：1.信息隱蔽
    //2.代碼復用

    ZCOperation *op1 = [[ZCOperation alloc]init];
    ZCOperation *op2 = [[ZCOperation alloc]init];

    //3.添加操作到隊列中
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];
}

//NSBlockOperation
- (void)block
{
    //1.創建隊列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    //2.封裝操作
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"1----%@",[NSThread currentThread]);
    }];

    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"2----%@",[NSThread currentThread]);

    }];

    [op2 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"3----%@",[NSThread currentThread]);
    }];

    [op2 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"4----%@",[NSThread currentThread]);
    }];

    //3.添加操作到隊列中
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];

    //補充：簡便方法
    [queue addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"5----%@",[NSThread currentThread]);
    }];

}

//NSInvocationOperation
- (void)invocation
{
    /*
     GCD中的隊列：
     串列隊列：自己創建的，主隊列
     併發隊列：自己創建的，全局併發隊列

     NSOperationQueue
     主隊列：[NSOperationQueue mainqueue];凡事放在主隊列中的操作都在主線程中執行
     非主隊列：[[NSOperationQueue alloc]init]，併發和串列，預設是併發執行的
     */

    //1.創建隊列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    //2.封裝操作
    NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(download1) object:nil];

    NSInvocationOperation *op2 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(download2) object:nil];


    NSInvocationOperation *op3 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(download3) object:nil];


    //3.把封裝好的操作添加到隊列中
    [queue addOperation:op1];//[op1 start]
    [queue addOperation:op2];
    [queue addOperation:op3];
}

（3）NSOperation其它用法

設置最大併發數【控制任務併發和串列】

//1.創建隊列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    //2.設置最大併發數
    //註意點：該屬性需要在任務添加到隊列中之前進行設置
    //該屬性控制隊列是串列執行還是併發執行
    //如果最大併發數等於1，那麼該隊列是串列的，如果大於1那麼是並行的
    //系統的最大併發數有個預設的值，為-1，如果該屬性設置為0，那麼不會執行任何任務
    queue.maxConcurrentOperationCount = 2;

暫停和恢復以及取消

    //設置暫停和恢復
    //suspended設置為YES表示暫停，suspended設置為NO表示恢復
    //暫停表示不繼續執行隊列中的下一個任務，暫停操作是可以恢復的
    if (self.queue.isSuspended) {
        self.queue.suspended = NO;
    }else
    {
        self.queue.suspended = YES;
    }

    //取消隊列裡面的所有操作
    //取消之後，當前正在執行的操作的下一個操作將不再執行，而且永遠都不在執行，就像後面的所有任務都從隊列裡面移除了一樣
    //取消操作是不可以恢復的
    [self.queue cancelAllOperations];

---------自定義NSOperation取消操作--------------------------
-(void)main
{
    //耗時操作1
    for (int i = 0; i<1000; i++) {
        NSLog(@"任務1-%d--%@",i,[NSThread currentThread]);
    }
    NSLog(@"+++++++++++++++++++++++++++++++++");

    //蘋果官方建議，每當執行完一次耗時操作之後，就查看一下當前隊列是否為取消狀態，如果是，那麼就直接退出
    //好處是可以提高程式的性能
    if (self.isCancelled) {
        return;
    }

    //耗時操作2
    for (int i = 0; i<1000; i++) {
        NSLog(@"任務1-%d--%@",i,[NSThread currentThread]);
    }

    NSLog(@"+++++++++++++++++++++++++++++++++");
}

（3）NSOperation實現線程間通信

開子線程下載圖片

 //1.創建隊列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    //2.使用簡便方法封裝操作並添加到隊列中
    [queue addOperationWithBlock:^{

        //3.在該block中下載圖片
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://news.51sheyuan.com/uploads/allimg/111001/133442IB-2.jpg"];
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
        NSLog(@"下載圖片操作--%@",[NSThread currentThread]);

        //4.回到主線程刷新UI
        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            self.imageView.image = image;
            NSLog(@"刷新UI操作---%@",[NSThread currentThread]);
        }];
    }];

下載多張圖片合成綜合案例（設置操作依賴）

//02 綜合案例
- (void)download2
{
    NSLog(@"----");
    //1.創建隊列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    //2.封裝操作下載圖片1
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://h.hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/6a63f6246b600c3320b14bb3184c510fd8f9a185.jpg"];
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

        //拿到圖片數據
        self.image1 = [UIImage imageWithData:data];
    }];


    //3.封裝操作下載圖片2
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://pic.58pic.com/58pic/13/87/82/27Q58PICYje_1024.jpg"];
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

        //拿到圖片數據
        self.image2 = [UIImage imageWithData:data];
    }];

    //4.合成圖片
    NSBlockOperation *combine = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{

        //4.1 開啟圖形上下文
        UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(200, 200));

        //4.2 畫image1
        [self.image1 drawInRect:CGRectMake(0, 0, 200, 100)];

        //4.3 畫image2
        [self.image2 drawInRect:CGRectMake(0, 100, 200, 100)];

        //4.4 根據圖形上下文拿到圖片數據
        UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
//        NSLog(@"%@",image);

        //4.5 關閉圖形上下文
        UIGraphicsEndImageContext();

        //7.回到主線程刷新UI
        [[NSOperationQueue mainQueue]addOperationWithBlock:^{
            self.imageView.image = image;
            NSLog(@"刷新UI---%@",[NSThread currentThread]);
        }];

    }];

    //5.設置操作依賴
    [combine addDependency:op1];
    [combine addDependency:op2];

    //6.添加操作到隊列中執行
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];
    [queue addOperation:combine];
    }

補充

使用create函數創建的併發隊列和全局併發隊列的主要區別：
1.全局併發隊列在整個應用程式中本身是預設存在的，並且對應有高優先順序、預設優先順序、低優先順序和後臺優先順序一共四個併發隊列，我們只是選擇其中的一個直接拿來用。而create函數是實打實的從頭開始去創建一個隊列。
2.在iOS6.0之前，在GCD中凡是使用了帶create和retain的函數在最後都需要做一次release操作。而主隊列和全局併發隊列不需要我們手動release。當然了，在iOS6.0之後GCD已經被納入到了ARC的記憶體管理範疇中，即便是使用retain或者create函數創建的對象也不再需要開發人員手動釋放，我們像對待普通OC對象一樣對待GCD就OK。
3.在使用柵欄函數的時候，蘋果官方明確規定柵欄函數只有在和使用create函數自己的創建的併發隊列一起使用的時候才有效（沒有給出具體原因）
4.其它區別涉及到XNU內核的系統級線程編程，不一一列舉。
5.給出一些參考資料（可以自行研究）：

GCDAPI:https://developer.apple.com/library/ios/documentation/Performance/Reference/GCD_libdispatch_Ref/index.html#//apple_ref/c/func/dispatch_queue_create

Libdispatch版本源碼：http://www.opensource.apple.com/source/libdispatch/libdispatch-187.5/

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