【iOS笔记】【12】多线程

本文最后更新于：2021年12月22日 中午

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一 常见多线程实现

（一）pthread

（1）特点

  • 1）一套通用的多线程API
  • 2）适用于Unix/Linux/Windows等系统
  • 3）跨平台可移植
  • 4）使用难度大

    （2）使用语言

    C语言

    （3）使用频率

    几乎不用

    （4）线程生命周期

    由程序员进行管理

    （5）概念、属性与方法

    略

    （二）NSThread

    （1）特点

  • 1）使用更加面向对象
  • 2）简单易用，可直接操作线程对象

    （2）使用语言

    OC

    （3）使用频率

    偶尔使用

    （4）线程生命周期

    由程序员进行管理

    （5）概念、属性与方法

    1）创建线程:
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    // 实例化线程需要手动启动才能运行，手动调用[newThread start];
    NSThread *newThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(demo:) object:@"Thread"];
    //或
    NSThread *newThread= [[NSThread alloc] init];
    //或
    NSThread *newThread= [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"initWithBlock");
    }];
    //启动
    [newThread start];

    // 通过构造器开辟子线程，不需要手动启动
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(testThread:) toTarget:self withObject:@"构造器方式"];
    2）常用属性
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/// a.线程字典
/*
每个线程都维护了一个<键-值>的字典，它可以在线程里面的任何地方被访问。你可以使用该字典来保存一些信息，这些信息在整个线程的执行过程中都保持不变。
*/
@property (readonly, retain) NSMutableDictionary *threadDictionary;

/// b.优先级
@property double threadPriority;

/// c.线程优先级
/*
  NSQualityOfServiceUserInteractive：最高优先级,主要用于提供交互UI的操作,比如处理点击事件,绘制图像到屏幕上
  NSQualityOfServiceUserInitiated：次高优先级，主要用于执行需要立即返回的任务
  NSQualityOfServiceDefault：默认优先级，当没有设置优先级的时候，线程默认优先级
  NSQualityOfServiceUtility：普通优先级，主要用于不需要立即返回的任务
  NSQualityOfServiceBackground：后台优先级，用于完全不紧急的任务
*/
@property NSQualityOfService qualityOfService; 

/// d.线程名称
@property (nullable, copy) NSString *name;

/// e.线程分配的栈的大小（子线程默认512k，主线程1M）
@property NSUInteger stackSize ;

/// f.是否在执行
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;

/// g.是否已完成
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;

/// h.是否被取消
@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;
3）常用方法
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/// a.启动线程 
-(void)start;  //实例化线程需要手动启动才能运行

/// b.是否是主线程
-(BOOL)isMainThread; 

/// c.获取当前线程
+(void)currentThread;

/// d.当前代码运行所在线程是否是子线程
+(BOOL)isMultiThreaded; 

/// e.退出当前线程
+(void)exit; 

/// f.创建子线程并开始
// 以下两种方式，创建完成后就可执行，不需手动开启
+ (void)detachNewThreadWithBlock:(void (^)(void))block;
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(nullable id)argument;

（三）GCD

（1）特点

  • 1）旨在替代NSThread等线程技术
  • 2）充分利用设备的多核（自动）

    （2）使用语言

    C语言

    （3）使用频率

    经常使用

    （4）线程生命周期

    自动管理

    （5）概念、属性与方法

    1）栅栏方法
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    void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
    void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
    多读单写
  • 1.读写互斥
  • 2.写写互斥
  • 3.读读并发
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@interface TestFileReadWrite ()

//模拟场景，允许多个线程同时访问字典，但是只有一个线程可以写字典，多线程需要访问的数据量
@property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *dataDic;

@end

@implementation TestFileReadWrite {
    //定义一个并发队列
    dispatch_queue_t _concurrent_queue;
}

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        _concurrent_queue = dispatch_queue_create("com.by.concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        _dataDic = @{}.mutableCopy;
    }
    return self;
}

// 读取数据，并发操作
- (id)by_objectForKey:(NSString *)key {
    __block id obj;
    //同步读取数据
    dispatch_sync(_concurrent_queue, ^{
        obj = [self.dataDic objectForKey:key];
    });
    
    return obj;
    
}

// 写入数据，异步栅栏
- (void)by_setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key {
    key = [key copy];
    dispatch_barrier_async(_concurrent_queue, ^{
        [self.dataDic setObject:obj forKey:key];
    });
}

@end

解析

  • 首先我们要维系一个GCD 队列，最好不用全局队列，毕竟大家都知道全局队列遇到栅栏函数是有坑点的，这里就不分析了！
  • 因为考虑性能 死锁 堵塞的因素不考虑串行队列，用的是自定义的并发队列！_concurrent_queue = dispatch_queue_create("com.by.concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
  • 首先我们来看看读操作:by_setObject:forKey: 我们考虑到多线程影响是不能用异步函数的！说明：
    • 线程2 获取：name 线程3 获取 age
    • 如果因为异步并发，导致混乱 本来读的是name 结果读到了age
    • 我们允许多个任务同时进去! 但是读操作需要同步返回，所以我们选择:同步函数 （读读并发）
  • 我们再来看看写操作，在写操作的时候对key进行了copy, 关于此处的解释，插入一段来自参考文献的引用:

函数调用者可以自由传递一个NSMutableString的key，并且能够在函数返回后修改它。因此我们必须对传入的字符串使用copy操作以确保函数能够正确地工作。如果传入的字符串不是可变的（也就是正常的NSString类型），调用copy基本上是个空操作。

  • 这里我们选择 dispatch_barrier_async, 为什么是栅栏函数而不是异步函数或者同步函数，下面分析：
    • 栅栏函数任务：之前所有的任务执行完毕，并且在它后面的任务开始之前，期间不会有其他的任务执行，这样比较好的促使 写操作一个接一个写 （写写互斥），不会乱！
    • 为什么不是异步函数？应该很容易分析，毕竟会产生混乱！
    • 为什么不用同步函数？如果读写都操作了，那么用同步函数，就有可能存在：我写需要等待读操作回来才能执行，显然这里是不合理！
2）信号量
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dispatch_semaphore
/// 降低信号量，返回值小于0将会阻塞
long dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout); 
/// 升高信号量，如果前面信号量为-1，使用这个方法将解除阻塞
long dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema);
3）延时执行方法
1
void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
4）一次性代码（只执行一次）
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void dispatch_once(dispatch_once_t *predicate, dispatch_block_t block);

单例

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static MyClass * __instance;

+ (instancetype)shareInstance {
    
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        __instance = [[super allocWithZone:NULL] init];
    });
    
    return __instance;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
    return [self shareInstance];
}

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        
    }
    return self;
}

5）快速迭代方法
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void dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void (^block)(size_t));
6）队列组

dispatch_group

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// 全局变量group
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// 进入组（进入组和离开组必须成对出现, 否则会造成死锁）
dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"1");
    //离开组
    dispatch_group_leave(group);
});

dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"2");
    dispatch_group_leave(group);
});

dispatch_group_notify(group, queue, ^{  // 监听组里所有线程完成的情况
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"任务1，2已完成");
    });    
});

（四）NSOperation

（1）特点：

  • 1）基于GCD（底层是GCD）
  • 2）比GCD多了一些更简单实用的功能
  • 3）使用更加面向对象

    （2）使用语言

    OC

    （3）使用频率

    经常使用

    （4）线程生命周期

    自动管理

    （5）概念、属性与方法

    1）.创建
    a.使用子类 NSInvocationOperation
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    // 1.创建 NSInvocationOperation 对象
    NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];

    // 2.调用 start 方法开始执行操作
    [op start];
    b.使用子类 NSBlockOperation
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    // 1.创建 NSBlockOperation 对象
    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];

    // 2.调用 start 方法开始执行操作
    [op start];
    c.自定义继承自 NSOperation 的子类，通过实现内部相应的方法来封装操作
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    @implementation CustomNSOperation

    - (void)main {
        if (!self.isCancelled) {
            for (int i = 0; i<2; i++) {
                [NSThread sleepForTimeInterval:2];
                NSLog(@"current thread: %@", [NSThread currentThread]);
            }
        }
    }

    @end


    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];

        // 1.创建 CustomNSOperation 对象
        CustomNSOperation *op = [[CustomNSOperation alloc] init];
        // 2.调用 start 方法开始执行操作，在主线程调用，将不会开辟新线程
        [op start];
    }

    二 多线程的原理

同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）
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）
如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象
思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？
CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源
每条线程被调度执行的频次会降低（线程的执行效率降低）

三 多线程的优点

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）

四 多线程的缺点

开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用1M，子线程占用512KB），如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能
线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大
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

五 你更倾向于哪一种？

倾向于GCD：
GCD 技术是一个轻量的，底层实现隐藏的神奇技术，我们能够通过GCD和block轻松实现多线程编程，有时候，GCD相比其他系统提供的多线程方法更加有效，当然，有时候GCD不是最佳选择，另一个多线程编程的技术 NSOprationQueue 让我们能够将后台线程以队列方式依序执行，并提供更多操作的入口，这和 GCD 的实现有些类似。
这种类似不是一个巧合，在早期，MacOX 与 iOS 的程序都普遍采用Operation Queue来进行编写后台线程代码，而之后出现的GCD技术大体是依照前者的原则来实现的，而随着GCD的普及，在iOS 4 与 MacOS X 10.6以后，Operation Queue的底层实现都是用GCD来实现的。

六 GCD与NSOprationQueue的区别

（1）区别

  • 1.GCD是底层的C语言构成的API，而NSOperationQueue及相关对象是Objc的对象。在GCD中，在队列中执行的是由block构成的任务，这是一个轻量级的数据结构；而Operation作为一个对象，为我们提供了更多的选择；
  • 2.在NSOperationQueue中，我们可以随时取消已经设定要准备执行的任务(当然，已经开始的任务就无法阻止了)，而GCD没法停止已经加入queue的block(其实是有的，但需要许多复杂的代码)；
  • 3.NSOperation能够方便地设置依赖关系，我们可以让一个Operation依赖于另一个Operation，这样的话尽管两个Operation处于同一个并行队列中，但前者会直到后者执行完毕后再执行；
  • 4.我们能将KVO应用在NSOperation中，可以监听一个Operation是否完成或取消，这样能比GCD更加有效地掌控我们执行的后台任务；
  • 5.在NSOperation中，我们能够设置NSOperation的priority优先级，能够使同一个并行队列中的任务区分先后地执行，而在GCD中，我们只能区分不同任务队列的优先级，如果要区分block任务的优先级，也需要大量的复杂代码；
  • 6.我们能够对NSOperation进行继承，在这之上添加成员变量与成员方法，提高整个代码的复用度，这比简单地将block任务排入执行队列更有自由度，能够在其之上添加更多自定制的功能。

总的来说，Operation queue 提供了更多你在编写多线程程序时需要的功能，并隐藏了许多线程调度，线程取消与线程优先级的复杂代码，为我们提供简单的API入口。从编程原则来说，一般我们需要尽可能的使用高等级、封装完美的API，在必须时才使用底层API。但是我认为当我们的需求能够以更简单的底层代码完成的时候，简洁的GCD或许是个更好的选择，而Operation queue 为我们提供能更多的选择。

（二）更倾向于哪个

更倾向于NSOperation

NSOperation相对于GCD：

  • 1，NSOperation拥有更多的函数可用，具体查看api。NSOperationQueue 是在GCD基础上实现的，只不过是GCD更高一层的抽象。
  • 2，在NSOperationQueue中，可以建立各个NSOperation之间的依赖关系。
  • 3，NSOperationQueue支持KVO。可以监测operation是否正在执行（isExecuted）、是否结束（isFinished），是否取消（isCanceld）
  • 4，GCD 只支持FIFO 的队列，而NSOperationQueue可以调整队列的执行顺序（通过调整权重）。NSOperationQueue可以方便的管理并发、NSOperation之间的优先级。

（三）使用NSOperation的情况

各个操作之间有依赖关系、操作需要取消暂停、并发管理、控制操作之间优先级，限制同时能执行的线程数量.让线程在某时刻停止/继续等。

（四）使用GCD的情况

一般的需求很简单的多线程操作，用GCD都可以了，简单高效。

从编程原则来说，一般我们需要尽可能的使用高等级、封装完美的API，在必须时才使用底层API。

当需求简单，简洁的GCD或许是个更好的选择，而Operation queue 为我们提供能更多的选择。

七 常见提问

  • 1.你理解的多线程？
  • 2.可能会追问，每种多线程基于什么语言？
  • 3.生命周期是如何管理？
  • 4.你更倾向于哪种？追问至现在常用的两种你的看法是？

参考链接：

NSThread
GCD

联系方式

邮箱： xiebangyao_1994@163.com

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