多线程相关(pthread 、NSThread 、GCD、NSOperation)

• 进程

  • 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序

• 线程

  • 1个进程要想执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1条线程）
  • 1个线程中任务的执行是串行的(执行完上一个才能执行下一个)

• 多线程

  • 1个进程中可以开启多条线程，多条线程可以并行（同时）执行不同的任务
  • 线程可以并行, 但是每个线程中的任务还是串行

• 多线程原理

  • 多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）

• 多线程优缺点

  • 优点
    • 能适当提高程序的执行效率
    • 能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）
  • 缺点
    • 线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大
    • 如果开启大量的线程，会降低程序的性能
    • 程序设计更加复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享

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pthread

• 类型:
  C语言中类型的结尾通常 _t/Ref，而且不需要使用 *

/*
参数:
   1. 线程代号的地址
   2. 线程的属性
   3. 调用函数的指针
      - void *(*)(void *)
      - 返回值 (函数指针)(参数)
      - void * 和 OC 中的 id 是等价的
   4. 传递给该函数的参数
返回值:
   如果是0，表示正确
   如果是非0，表示错误码
*/
NSString *str = @"lnj";
  pthread_t thid;
  int res = pthread_create(&thid, NULL, &demo, (__bridge void *)(str));
  if (res == 0) {
      NSLog(@"OK");
  } else {
      NSLog(@"error %d", res);
  }

NSThread

• 一个NSThread对象就代表一条线程

• 创建线程的几种方式

• alloc/init

  // 1.创建线程
    NJThread *thread = [[NJThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(demo:) object:@"lnj"];
    // 设置线程名称
    [thread setName:@"xmg"];
    // 设置线程的优先级
    // 优先级仅仅说明被CPU调用的可能性更大
    [thread setThreadPriority:1.0];
    // 2.启动线程
    [thread start]; 

• detach/performSelector
  • 优点：简单快捷
  • 缺点：无法对线程进行更详细的设置

// 1.创建线程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(demo:) toTarget:self withObject:@"lnj"];

// 1.创建线程
// 注意: Swift中不能使用, 苹果认为这个方法不安全
    [self performSelectorInBackground:@selector(demo:) withObject:@"lnj"];

• 多线程的安全隐患
  • 被锁定的代码同一时刻只能有一个线程执行

@synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码  }

• 互斥锁的优缺点
  优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题
  缺点：需要消耗大量的CPU资源

• 互斥锁注意点

  • 锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的
  • 锁定范围越大, 性能越差

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• 原子和非原子属性

  • atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
  • nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备

• 自旋锁 & 互斥锁

  • 共同点
    都能够保证同一时间，只有一条线程执行锁定范围的代码
  • 不同点
    • 互斥锁：如果发现有其他线程正在执行锁定的代码，线程会进入"休眠"状态，等待其他线程执行完毕，打开锁之后，线程会被"唤醒"
    • 自旋锁：如果发现有其他线程正在执行锁定的代码，线程会"一直等待"锁定代码执行完成！
      自旋锁更适合执行非常短的代码！

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• 线程间通信

  • 子线程做耗时操作, 主线程更新数据

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

  /*
   waitUntilDone是否等待被调用方法执行完成，有可能也会等待调用方法的执行完成！
   YES: 等待被调用线程执行完毕再执行后面的代码
   NO : 不用等待被调用线程执行完毕就可以执行后面的代码
   */
[self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:[UIImage imageWithData:data] waitUntilDone:YES];

GCD

• GCD中有2个核心概念

  • 任务：执行什么操作
  • 队列：用来存放任务

• 执行任务

  • 同步方法: dispatch_sync
  • 异步方法: dispatch_async
  • 同步和异步的区别
    • 同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
    • 异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力

• 队列

  • 并发队列
    • 可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
    • 并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效
  • 串行队列
    • 让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

• 注意点

  • 同步和异步主要影响：能不能开启新的线程
    • 同步：只是在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
    • 异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
  • 并发和串行主要影响：任务的执行方式
    • 并发：允许多个任务并发（同时）执行
    • 串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务

• 各种任务队列搭配

  • 同步 + 串行
  • 同步 + 并发
  • 异步 + 串行
  • 异步 + 并发
  • 异步 + 主队列
  • 同步 + 主队列

• GCD线程间通信

dispatch_async(
dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行耗时的异步操作...
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 回到主线程，执行UI刷新操作
        });
});

• GCD其它用法
• 延时执行

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 2秒后执行这里的代码...
});

一次性代码

• 使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
  // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
});

快速迭代

dispatch_apply(10, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index){
  // 执行10次代码，index顺序不确定
});

barrier

• 在前面的任务执行结束后它才执行，而且它后面的任务等它执行完成之后才会执行
• 不能是全局的并发队列
• 所有的任务都必须在一个队列中

dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

• 队列组

dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程...
});

NSOperation

• NSOperation的作用

  • 配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能实现多线程编程

• NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的具体步骤

  • 先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中
  • 然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中
  • 系统会自动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来
  • 将取出的NSOperation封装的操作放到一条新线程中执行
• NSOperation的子类
• NSOperation是个抽象类，并不具备封装操作的能力，必须使用它的子类

使用NSOperation子类的方式有3种

1.NSInvocationOperation
2.NSBlockOperation
3.自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

• 1.NSInvocationOperation

  • 1.创建NSInvocationOperation对象
    - (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;

  • 2.调用start方法开始执行操作
    - (void)start;

    • 一旦执行操作，就会调用target的sel方法

注意

- 默认情况下，调用了start方法后并不会开一条新线程去执行操作，而是在当前线程同步执行操作
- 只有将NSOperation放到一个NSOperationQueue中，才会异步执行操作

• 2.NSBlockOperation

  • 1.创建NSBlockOperation对象
    + (id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

  • 通过addExecutionBlock:方法添加更多的操作
    - (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block;

注意

- 只要NSBlockOperation封装的操作数 > 1，就会异步执行操作

NSOperationQueue

• NSOperationQueue的作用

  • NSOperation可以调用start方法来执行任务，但默认是同步执行的
  • 如果将NSOperation添加到NSOperationQueue（操作队列）中，系统会自动异步执行NSOperation中的操作

• 添加操作到NSOperationQueue中
  - (void)addOperation:(NSOperation *)op;
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

最大并发数

• 什么是并发数

  • 同时执行的任务数
  • 比如，同时开3个线程执行3个任务，并发数就是3

• 最大并发数的相关方法
  - (NSInteger)maxConcurrentOperationCount;
- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

队列的取消、暂停、恢复

• 取消队列的所有操作

  - (void)cancelAllOperations;

  提示：也可以调用NSOperation的- (void)cancel方法取消单个操作

• 暂停和恢复队列
  - (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暂停队列，NO代表恢复队列
- (BOOL)isSuspended;

操作依赖

• NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序

  • 比如一定要让操作A执行完后，才能执行操作B，可以这么写
    [operationB addDependency:operationA]; // 操作B依赖于操作A

  • 可以在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系

操作的监听

• 可以监听一个操作的执行完毕
  - (void (^)(void))completionBlock;
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

自定义NSOperation

• 自定义NSOperation的步骤

  • 重写- (void)main方法，在里面实现想执行的任务

  • 重写- (void)main方法的注意点:

    • 自己创建自动释放池（因为如果是异步操作，无法访问主线程的自动释放池）
    • 经常通过- (BOOL)isCancelled方法检测操作是否被取消，对取消做出响应

NSOperationQueue和GCD对比

+ GCD
    * 并发: 自己创建, 全局
    * 串行: 自己创建, 主队列
+ NSOperationQueue
    * 主队列: mainQueue
        + 永远在主线程中执行
    * 自己创建队列: alloc init
        + 会开启新的线程, 在子线程中执行
+ 如何控制并行和串行
    * maxConcurrentOperationCount = -1 ; 并行
    * 默认就是并行
    * maxConcurrentOperationCount = 1 ; 串行
    * maxConcurrentOperationCount = 0 ; 不会执行
+ 使用步骤:
    * 和GCD一样
    * 1.创建操作(任务)
    * 2.将任务添加到队列中
+ 快速添加任务的方法

// 只要利用队列调用addOperationWithBlock:方法, 系统内部会自动封装成一个NSBlockOperation \
    然后再添加到队列中
[queue addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"3 == %@", [NSThread currentThread]);
    }];

• 队列的暂停和恢复以及取消
  • 暂停
    • self.queue.suspended = YES;
    • 注意点:暂停其实是暂停下一个任务, 而不能暂停当前任务
  • 恢复
    • self.queue.suspended = NO;
    • 注意点: 恢复之后会继续执行队列中没有被执行的操作
  • 取消
    • [self.queue cancelAllOperations];
    • 实现原理: 调用所有操作的cancel方法
    • 注意点: 取消其实是取消下一个任务, 而不能取消当前任务
    • 如果自定义操作中做了很多耗时操作, 苹果建议定期检查是否已经取消了

- (void)main
{
    // 耗时操作1
    for (int i = 0; i < 10000; i++) { // 500
        NSLog(@"%i ==== %@", i, [NSThread currentThread]);
    }
    NSLog(@"++++++++++++++++++++++++++++++++++++++");
    if (self.isCancelled) {
        return;
    }

    // 耗时操作2
    for (int i = 0; i < 10000; i++) { // 500
        NSLog(@"%i ==== %@", i, [NSThread currentThread]);
    }
    if (self.isCancelled) {
        return;
    }
    NSLog(@"++++++++++++++++++++++++++++++++++++++");
    // 好所操作3
    for (int i = 0; i < 10000; i++) { // 500
        NSLog(@"%i ==== %@", i, [NSThread currentThread]);
    }
}

• 队列之间的依赖
  • 在操作添加到队列之前, 利用操作调用addDependency, 就快要添加依赖
  • 添加依赖之后, 只有所有依赖的任务都执行完毕, 才会执行当前任务
  • 注意点: 不要相互依赖
  • 特点: 跨队列依赖(GCD默认是不支持)

 // 3.添加依赖
    [op5 addDependency:op1];
    [op5 addDependency:op2];
    [op5 addDependency:op3];
    [op5 addDependency:op4];

• 操作的监听

  • 只需要利用操作调用completionBlock即可
  • 只要任务执行完毕, 就会回调completionBlock

• 线程间的通信

  • 将任务添加到自己创建的队列中
  • 再利用mainQueue回到主队列

思维导图: