iOS多线程的初步研究（一、二、三）-- NSThread -- 锁-- NSRunLoop
一）iOS多线程的初步研究（一）-- NSThread
对于多线程的开发，iOS系统提供了多种不同的接口，先谈谈iOS多线程最基础方面的使用。产生线程的方式姑且分两类，一类是显式调用，另一类是隐式调用。
一、显示调用的类为NSThread。一般构造NSThread的线程对象可通过两种方式：
1. 初始化线程主方法：
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run:) toTarget:target withObject:obj];//类方法
或
NSThread *newThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:target selector:@selector(run:) object:obj]; //实例方法可以拿到线程对象，便于以后终止线程。
2. 定义NSThread的子类MyThread，然后实现main方法（即方法1中的run）。然后创建新对象:
MyThread *newThread = [[MyThread alloc] init];
启动线程：[newThread start];
终止线程：实际上没有真正提供终止线程的api，但有个方法可以方便地利用cancel方法; 它是改变线程运行的一个状态标志，我们可以这样来利用：
先在run:或main方法中这样实现线程循环：
- (void)main
{
// thread init
while (![[NSThread currentThread] isCancelled])
{
// thread loop
[NSThread sleepForTimeInterval:1.0]; //等同于sleep(1);
}
// release resources of thread
}
这时如果调用[newThread cancel]; 就可以终止线程循环了。
NSThread有个类方法exit是用于立即结束当前线程的运行（有点鲁莽），因为无法保证当前线程对资源的释放，所以不推荐使用。
二、隐式调用
通过NSObject的Category方法调用，罗列如下：
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; //在主线程中运行方法，wait表示是否阻塞这个方法的调用，如果为YES则等待主线程中运行方法结束。一般可用于在子线程中调用UI方法。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; //在指定线程中执行，但该线程必须具备run loop。
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg; //隐含产生新线程。
三、NSThread的其它一些常用的方法
创建的线程是非关联线程（detached thread），即父线程和子线程没有执行依赖关系，父线程结束并不意味子线程结束。
1. + (NSThread *)currentThread; //获得当前线程
2. + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti; //线程休眠
3. + (NSThread *)mainThread; //主线程，亦即UI线程了
4. - (BOOL)isMainThread; + (BOOL)isMainThread; //当前线程是否主线程
5. - (BOOL)isExecuting; //线程是否正在运行
6. - (BOOL)isFinished; //线程是否已结束
四、一些非线程调用（NSObject的Category方法）
即在当前线程执行，注意它们会阻塞当前线程（包括UI线程）：
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;
以下调用在当前线程延迟执行，如果当前线程没有显式使用NSRunLoop或已退出就无法执行了，需要注意这点：
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray *)modes;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;
而且它们可以被终止：
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector object:(id)anArgument;
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget;
五、线程执行顺序
通常UI需要显示网络数据时，可以简单地利用线程的执行顺序，避免显式的线程同步：
1. UI线程调用
[threadObj performSelectorInBackground:@selector(loadData) withObject:nil];
2. 子线程中回调UI线程来更新UI
- (void)loadData
{
//query data from network
//update data model
//callback UI thread
[uiObj performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI) withObject:nil waitUntilDone:YES];
}
也可以使用NSThread实现同样的功能，loadData相当于NSThread的main方法。
二、iOS多线程的初步研究（二）-- 锁
谈到线程同步，一般指如何对线程间共享数据的同步读写，如何避免混乱的读写结果。一个基本的解决办法就是使用锁（LOCK）。
iOS提供多种同步锁的类和方法，这里介绍下基本用法。
1. NSLock：最基本的同步锁，使用lock来获得锁，unlock释放锁。如果其它线程已经使用lock，这时lock方法会阻塞当前线程，直到其它线程调用unlock释放锁为止。NSLock锁一般用于简单的同步算法。比如生产者线程产生数据（produce），消费线程显示数据（consume），可以这样实现：
- (void)produce
{
while (1)
{
[theLock lock];
// create data
[theLock unlock];
}
}
- (void)consume
{
while (1)
{
if ([theLock tryLock])
{
// display data
[theLock unlock];
}
sleep(1.0); //sleep a while
}
}
NSLock的tryLock方法可以避免阻塞当前线程，如果不能获得锁则返回NO。也可使用：
- (BOOL)lockBeforeDate:(NSDate *)limit;
设置超时返回时间。
2. NSConditionLock，即条件锁，可以设置自定义的条件来获得锁。比如上面的例子可以这样改用条件锁实现：
- (void)produce
{
while (1)
{
[theLock lockWhenCondition:NO_DATA];
// create data
[theLock unlockWithCondition:HAS_DATA];
}
}
- (void)consume
{
while (1)
{
if ([theLock tryLockWhenCondition:HAS_DATA])
{
// display data
[theLock unlockWithCondition:NO_DATA];
}
sleep(1.0); //sleep a while
}
}
3. NSCondition：条件（一种信号量），类似Java中的Condition，但有所不同的是NSCondition是锁和条件的组合实现。wait方法用于线程的等待（相当于Java Condition的await())，然后通过signal方法通知等待线程（相当于Java Condition的signal())，或者broadcast通知所有等待的线程相当于Java Condition的signalAll())。一个简单生产消费同步例子：
- (void)produce
{
[theLock lock];
// create data
hasData = YES;
[theLock signal]; //这时通知调用wait的线程结束等待并返回
[theLock unlock];
}
- (void)consume
{
[theLock lock];
while (!hasData)
[theLock wait]; //注意：这时其它线程的lock调用会成功返回
//display data
hasData = NO;
[theLock unlock];
}
4. NSRecursiveLock：递归锁，顾名思义一般用于递归程序。它可以让同一线程多次获得锁，解锁次数也必须相同，然后锁才能被其它线程获得。看下官网文档中的简单例子就能明白：
void MyRecursiveFunction(int value)
{
[theLock lock];
if (value != 0)
{
--value;
MyRecursiveFunction(value);
}
[theLock unlock];
}
当然不只用于递归程序，类似Java中的ReentrantLock。
5. @synchronized实现对象锁，类似Java中synchronized关键词。一般这样使用，但不多啰嗦了：
@synchronized(anObj)
{
//......
}
三、iOS多线程的初步研究（三）-- NSRunLoop
弄清楚NSRunLoop确实需要花时间，这个类的概念和模式似乎是Apple的平台独有（iOS+MacOSX），很难彻底搞懂（iOS没开源，呜呜）。
官网的解释是说run loop可以用于处理异步事件，很抽象的说法。不罗嗦，先看看NSRunLoop几个常用的方法。
+ (NSRunLoop *)currentRunLoop; //获得当前线程的run loop
+ (NSRunLoop *)mainRunLoop; //获得主线程的run loop
- (void)run; //进入处理事件循环，如果没有事件则立刻返回。注意：主线程上调用这个方法会导致无法返回（进入无限循环，虽然不会阻塞主线程），因为主线程一般总是会有事件处理。
- (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate; //同run方法，增加超时参数limitDate，避免进入无限循环。使用在UI线程（亦即主线程）上，可以达到暂停的效果。
- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; //等待消息处理，好比在PC终端窗口上等待键盘输入。一旦有合适事件（mode相当于定义了事件的类型）被处理了，则立刻返回；类同run方法，如果没有事件处理也立刻返回；有否事件处理由返回布尔值判断。同样limitDate为超时参数。
- (void)acceptInputForMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; //似乎和runMode:差不多（测试过是这种结果，但确定是否有其它特殊情况下的不同），没有BOOL返回值。
官网文档也提到run和runUntilDate:会以NSDefaultRunLoopMode参数调用runMode:来处理事件。
当app运行后，iOS系统已经帮助主线程启动一个run loop，而一般线程则需要手动来启动run loop。
使用run loop的一个好处就是避免线程轮询的开销，run loop在无事件处理时可以自动进入睡眠状态，降低CPU的能耗。
比如一般线程轮询的方式为：
while (condition)
{
// waiting for new data
sleep(1);
// process current data
}
其实这种方式是很能消耗CPU时间片的，如果在UI线程中这样使用还会阻塞UI响应。而改用NSRunLoop来实现，则可大大改善线程的执行效率，而且不会阻塞UI（很神奇，呵呵。有点像javascript，用单线程实现多线程的效果）。上面的例子可以改为：
while (condition)
{
// waiting for new data
if ([[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]])
{
// process current data
}
}
接下来我们看看具体的例子，包括如何实现线程执行的关联同步（join），以及UI线程run loop的一般使用技巧等。
假设有个线程A，它会启动线程B，然后等待B线程的结束。NSThread是没有join的方法，用run loop方式实现就比较精巧。
NSThread *A; //global
A = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(runA) object:nil]; //生成线程A
[A start]; //启动线程A
- (void)runA
{
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(runB) toTarget:self withObject:nil]; //生成线程B
while (1)
{
if ([[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:@"CustomRunLoopMode" beforeDate:[NSDate distantFuture]]) //相当于join
{
NSLog(@"线程B结束");
break;
}
}
}
- (void)runB
{
sleep(1);
[self performSelector:@selector(setData) onThread:A withObject:nil waitUntilDone:YES modes:@[@"CustomRunLoopMode"]];
}
实际运行时，过1秒后线程A也会自动结束。这里用到自定义的mode，一般在UI线程上调用run loop会使用缺省的mode。结合while循环，UI线程就可以实现子线程的同步运行（具体例子这里不再描述，可参看：http://www.cnblogs.com/tangbinblog/archive/2012/12/07/2807088.html）。
下面罗列调用主线程的run loop的各种方式，读者可以加深理解：
[[NSRunLoop mainRunLoop] run]; //主线程永远等待，但让出主线程时间片
[[NSRunLoop mainRunLoop] runUntilDate:[NSDate distantFuture]]; //等同上面调用
[[NSRunLoop mainRunLoop] runUntilDate:[NSDate date]]; //立即返回
[[NSRunLoop mainRunLoop] runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10.0]]; //主线程等待，但让出主线程时间片，然后过10秒后返回
[[NSRunLoop mainRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate: [NSDate distantFuture]]; //主线程等待，但让出主线程时间片；有事件到达就返回，比如点击UI等。
[[NSRunLoop mainRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate: [NSDate date]]; //立即返回
[[NSRunLoop mainRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate: [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10.0]]; //主线程等待，但让出主线程时间片；有事件到达就返回，如果没有则过10秒返回。