iOS多线程技术-GCD(一)

进程与线程

在了解多线程之前,需要弄清进程和线程的概念和他们之间的区别。

进程:

系统中正在运行的一个程序,进程之间是相互独立的,每个进程都有属于自己的内存空间。比如手机中的微信应用和印象笔记应用,他们都是iOS系统中独立的进程,有着自己的内存空间。

线程:

进程内部执行任务所需要的执行路径。进程若想执行任务,则必须得在线程下执行。也就是说进程至少有一个线程才能执行任务。但是,我们使用软件的时候,很少有只让它做一件事的时候:

举个印象笔记的 : 当你正在编辑一则笔记的时候点击了同步按钮,那么编辑任务(线程)和同步任务(线程)一定是不能按照顺序执行的。因为同步任务的完成时间是不可控的,如果在同步的过程中无法进行别的任务(线程)那就太糟糕了!

因此,我们需要让一些任务可以同时进行。既然任务是在线程上执行的,那么多任务的执行就意味着需要多线程的开启和使用。

来一张图直观地展示一下内存,进程和线程的关系:

iOS多线程技术-GCD(一)_第1张图片

多线程概述

多线程的实现原理:虽然在同一时刻,CPU只能处理1条线程,但是CPU可以快速地在多条线程之间调度(切换),造成了多线程并发执行的假象。

1. 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)。

2. 多线程的缺点

创建线程是需要成本的:iOS下主要成本包括:在栈空间的子线程512KB、主线程1MB,创建线程大约需要90毫秒的创建时间。

线程越多,CPU在调度线程上的开销就越大。

线程越多,程序设计就越复杂:因为要考虑到线程之间的通信,多线程的数据共享。

多线程在iOS中应用

1. iOS的主线程

一个iOS程序运行后,默认会开启1条线程,称为“主线程”或“UI线程”

主线程的作用: 

1>显示\刷新UI界面;

2>处理UI事件(比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等)

主线程的使用注意事项:

不能把比较耗时的操作放到主线程中,严重影响UI的流畅度,给用户一种程序“卡顿”的体验。因此,要将耗时的操作放在子线程中异步执行。这样一来,及时开始执行了耗时的操作,也不会影响主线程中UI交互的体验。

2. iOS子线程

子线程是异步执行的,不影响主线程。在iOS开发中,我们需要将耗时的任务(网络请求,复杂的运算)放在子线程进行,不让其影响UI的交互体验。

3.多线程安全

当多个线程访问同一块资源时,很容易引发数据错乱和数据安全问题。就好比好几个人在同时修改同一个表格,造成数据的错乱。

3.1 资源抢夺的解决方案

我们需要给数据添加互斥锁。也就是说,当某线程访问一个数据之前就要给数据加锁,让其不被其他的线程所修改。就好比一个人修改表格的时候给表格设置了密码,那么其他人就无法访问文件了。当他修改文件之后,再讲密码撤销,第二个人就可以访问该文件了。

注意:这里的线程都为子线程,如果给数据加了锁,就等于将这些异步的子线程变成同步的了,这也叫做线程同步技术。

3.2 互斥锁使用:

@synchronized(锁对象) {// 需要锁定的代码  };

3.3 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

互斥锁的使用前提:多条线程抢夺同一块资源的时候使用。

3.4互斥锁在iOS开发中的使用

OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择

atomic:原子属性,为setter方法加锁(默认就是atomic)

nonatomic:非原子属性,不会为setter方法加锁

3.5 nonatomic和atomic对比

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

建议: 所有属性都声明为nonatomic,尽量避免多线程抢夺同一块资源,将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理,减小移动客户端的压力。

多线程在iOS 中应用-GCD

GCD,全称为 Grand Central Dispatch ,是iOS用来管理线程的技术。 纯C语言,提供了非常多强大的函数。

1. GCD的优势

GCD会自动利用更多的CPU内核(比如双核、四核)。

GCD会自动管理线程的生命周期(创建线程、调度任务、销毁线程)。

程序员只需要告诉GCD想要执行什么任务,不需要编写任何线程管理代码。

2. 为什么要用GCD?

为了要提高软件性能,应该异步执行耗时任务(加载图片),以防止影响主线程任务的执行(UI相应)。举个 :

从网络加载一张图片,如果将此任务放到主线程,那么在下载完成的时间里,软件是无法相应用户的任何操作的。特别地,如果当前是在可以滚动的页面,就会造成无法滚动这种体验非常糟的情况。

所以:应该将网络加载放在异步执行,执行成功后,再回到主线程显示加载后的图片(详细做法马上就会讲到)。

3. GCD的使用步骤

由开发者定制将要执行的任务。

将任务添加到队列中,GCD会自动将队列中的任务取出,放到对应的线程中执行。

注意:任务的取出遵循队列的FIFO原则:先进先出,后进后出。

4. 什么是队列?

队列是用来存放任务的,由GCD将这些任务从队列中取出并放到相应的线程中执行。

GCD的队列可以分为2大类型:

1>.并发队列(Concurrent Dispatch Queue)

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

2>. 串行队列(Serial Dispatch Queue)

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)。

那么队列和线程又有什么区别?

简单来说,队列就是用来存放任务的“暂存区”,而线程是执行任务的路径,GCD将这些存在于队列的任务取出来放到相应的线程上去执行,而队列的性质决定了在其中的任务在哪种线程上执行。

下面由一张图来直观地展示任务,队列和线程的关系:

iOS多线程技术-GCD(一)_第2张图片

在这里,我们可以看到,放入串行队列的任务会一个一个地执行。而放入并行队列的任务,会在多个线程并发地执行。

5. 队列的创建

5.1 串行队列的创建:

GCD中获得串行有2种途径:

1>.使用dispatch_queue_create函数创建串行队列

// 创建串行队列(队列类型传递NULL或者DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

dispatch_queue_tqueue = dispatch_queue_create("serial_queue",NULL);

2>.使用主队列(跟主线程相关联的队列)

主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列:放在主队列中的任务,都会放到主线程中执行。

可以使用dispatch_get_main_queue()获得系统提供的主队列:

dispatch_queue_tqueue = dispatch_get_main_queue();

5.2 并发队列的创建:

1>.使用dispatch_queue_create函数创建并发队列。

dispatch_queue_tqueue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

2>.使用dispatch_get_global_queue获得全局并发队列。

GCD默认已经提供了全局的并发队列,供整个应用使用,可以无需手动创建。

dispatch_queue_tqueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);

6. GCD的几种重要的应用

6.1 子线程与主线程的通信

需求点:我们有时需要在子线程处理一个耗时比较长的任务,而且此任务完成后,要在主线程执行另一个任务。

例子:从网络加载图片(在子线程),加载完成就更新UIView(在主线程)。

为了实现这个需求,我们需要首先拿到全局并发队列(或自己开启一个子线程)来执行耗时的操作,然后在其完成block中拿到全局串行队列来执行UI刷新的任务。

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{

            //加载图片

        NSData*dataFromURL = [NSDatadataWithContentsOfURL:imageURL];

        UIImage*imageFromData = [UIImageimageWithData:dataFromURL];

        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

            //加载完成更新view

            UIImageView*imageView = [[UIImageViewalloc] initWithImage:imageFromData];

        });     

});

以笔者的拙见,除了复杂的算法,网络请求以外,大多数dataWithContentsOf。。。函数可能也会比较耗时,所以以后遇到与NSData交互的操作时,尽量将其放在子线程执行。

6.2 dispatch_once

需求点:用于在程序启动到终止,只执行一次的代码。此代码被执行后,相当于自身全部被加上了注释,不会再执行了。

为了实现这个需求,我们需要使用dispatch_once让代码在运行一次后即刻被“雪藏”。

//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

staticdispatch_once_tonceToken;

dispatch_once(&onceToken, ^{

// 只执行1次的代码,这里默认是线程安全的:不会有其他线程可以访问到这里

});

6.3 dispatch_group

需求点:执行多个耗时的异步任务,但是只能等到这些任务都执行完毕后,才能在主线程执行某个任务。

为了实现这个需求,我们需要让将这些异步执行的操作放在dispatch_group_async函数中执行,最后再调用dispatch_group_notify来执行最后执行的任务。

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...

});

让我们看一下示例代码和运行结果:

示例代码:

为了使对比明显,笔者多开了几条线程,这样更容易看清问题。

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

for(NSIntegerindex =0; index <10000; index ++) {

    }

NSLog(@"完成了任务1");

});

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{

// 执行1个耗时的异步操作

for(NSIntegerindex =0; index <20000; index ++) {

    }

NSLog(@"完成了任务2");

});

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{

// 执行1个耗时的异步操作

for(NSIntegerindex =0; index <200000; index ++) {

    }

NSLog(@"完成了任务3");

});

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{

// 执行1个耗时的异步操作

for(NSIntegerindex =0; index <400000; index ++) {

    }

NSLog(@"完成了任务4");

});

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{

// 执行1个耗时的异步操作

for(NSIntegerindex =0; index <1000000; index ++) {

    }

NSLog(@"完成了任务5");

});

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...

NSLog(@"都完成了");

});

运行结果:

iOS多线程技术-GCD(一)_第3张图片

从三次运行的结果来看:

异步执行的任务1-5的最终完成时间是与其自身完成任务所需要的时间并无绝对关联。因为任务5是最耗时的,它在第一次运行结果里并不是最后才完成的。任务1是最不耗时的,但是它在第二次运行结果里也不是最先完成的。

异步执行的任务1-5无论完成顺序如何,只有当他们都完成后才会调用主线程的打印“都完成了”。

6.4 dispatch_barrier

需求点:虽然我们有时要执行几个不同的异步任务,但是我们还是要将其分成两组:当第一组异步任务都执行完成后才执行第二组的异步任务。这里的组可以包含一个任务,也可以包含多个任务。

为了实现这个需求,我们需要使用dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);在两组任务之间形成“栅栏”,使其“下方”的异步任务在其“上方”的异步任务都完成之前是无法执行的。

dispatch_queue_tqueue = dispatch_queue_create("12312312", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_async(queue, ^{

NSLog(@"----任务 1-----");

});

dispatch_async(queue, ^{

NSLog(@"----任务 2-----");

});   

dispatch_barrier_async(queue, ^{

NSLog(@"----barrier-----");

});

dispatch_async(queue, ^{

NSLog(@"----任务 3-----");

});

dispatch_async(queue, ^{

NSLog(@"----任务 4-----");

});

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