iOS-底层原理 27：GCD 之 NSThread & GCD & NSOperation

iOS 底层原理文章汇总

本文的主要目的是介绍 NSThread、GCD、NSOperation常见的使用方式

NSthread

NSthread是苹果官方提供面向对象的线程操作技术，是对thread的上层封装，比较偏向于底层。简单方便，可以直接操作线程对象，使用频率较少。

创建线程
线程的创建方式主要以下三种方式

通过init初始化方式创建
通过detachNewThreadSelector构造器方式创建
通过performSelector...方法创建，主要是用于获取主线程，以及后台线程

//1、创建
- (void)cjl_createNSThread{
    NSString *threadName1 = @"NSThread1";
    NSString *threadName2 = @"NSThread2";
    NSString *threadName3 = @"NSThread3";
    NSString *threadNameMain = @"NSThreadMain";
    
    //方式一：初始化方式，需要手动启动
    NSThread *thread1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomething:) object:threadName1];
    [thread1 start];
    
    //方式二：构造器方式，自动启动
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(doSomething:) toTarget:self withObject:threadName2];
    
    //方式三：performSelector...方法创建
    [self performSelectorInBackground:@selector(doSomething:) withObject:threadName3];
    
    //方式四
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(doSomething:) withObject:threadNameMain waitUntilDone:YES];
    
}
- (void)doSomething:(NSObject *)objc{
    NSLog(@"%@ - %@", objc, [NSThread currentThread]);
}

属性

- thread.isExecuting    //线程是否在执行
- thread.isCancelled    //线程是否被取消
- thread.isFinished     //是否完成
- thread.isMainThread   //是否是主线程
- thread.threadPriority //线程的优先级，取值范围0.0-1.0,默认优先级0.5，1.0表示最高优先级，优先级高，CPU调度的频率高

类方法
常用的类方法有以下几个：

currentThread：获取当前线程
sleep...：阻塞线程
exit：退出线程
mainThread：获取主线程

- (void)cjl_NSThreadClassMethod{
    //当前线程
    [NSThread currentThread];
    // 如果number=1，则表示在主线程，否则是子线程
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
    
    //阻塞休眠
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];//休眠多久
    [NSThread sleepUntilDate:[NSDate date]];//休眠到指定时间
    
    //其他
    [NSThread exit];//退出线程
    [NSThread isMainThread];//判断当前线程是否为主线程
    [NSThread isMultiThreaded];//判断当前线程是否是多线程
    NSThread *mainThread = [NSThread mainThread];//主线程的对象
    NSLog(@"%@", mainThread);

GCD

dispatch_after

- (void)cjl_testAfter{
    /*
     dispatch_after表示在某队列中的block延迟执行
     应用场景：在主队列上延迟执行一项任务，如viewDidload之后延迟1s，提示一个alertview（是延迟加入到队列，而不是延迟执行）
     */
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"2s后输出");
    });
   
}

dispatch_once

- (void)cjl_testOnce{
    /*
     dispatch_once保证在App运行期间，block中的代码只执行一次
     应用场景：单例、method-Swizzling
     */
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        //创建单例、method swizzled或其他任务
        NSLog(@"创建单例");
    });
}

dispatch_apply

- (void)cjl_testApply{
    /*
     dispatch_apply将指定的Block追加到指定的队列中重复执行，并等到全部的处理执行结束——相当于线程安全的for循环

     应用场景：用来拉取网络数据后提前算出各个控件的大小，防止绘制时计算，提高表单滑动流畅性
     - 添加到串行队列中——按序执行
     - 添加到主队列中——死锁
     - 添加到并发队列中——乱序执行
     - 添加到全局队列中——乱序执行
     */
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    NSLog(@"dispatch_apply前");
    /**
         param1：重复次数
         param2：追加的队列
         param3：执行任务
         */
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"dispatch_apply 的线程 %zu - %@", index, [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"dispatch_apply后");
}

dispatch_group_t

有以下两种使用方式

【方式一】使用dispatch_group_async + dispatch_group_notify

- (void)cjl_testGroup1{
    /*
     dispatch_group_t：调度组将任务分组执行，能监听任务组完成，并设置等待时间

     应用场景：多个接口请求之后刷新页面
     */
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"请求一完成");
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"请求二完成");
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"刷新页面");
    });
}

【方式二】使用dispatch_group_enter + dispatch_group_leave + dispatch_group_notify

- (void)cjl_testGroup2{
    /*
     dispatch_group_enter和dispatch_group_leave成对出现，使进出组的逻辑更加清晰
     */
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"请求一完成");
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"请求二完成");
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"刷新界面");
    });
}

在方式二的基础上增加超时dispatch_group_wait

- (void)cjl_testGroup3{
    /*
     long dispatch_group_wait(dispatch_group_t group, dispatch_time_t timeout)

     group：需要等待的调度组
     timeout：等待的超时时间（即等多久）
        - 设置为DISPATCH_TIME_NOW意味着不等待直接判定调度组是否执行完毕
        - 设置为DISPATCH_TIME_FOREVER则会阻塞当前调度组，直到调度组执行完毕


     返回值：为long类型
        - 返回值为0——在指定时间内调度组完成了任务
        - 返回值不为0——在指定时间内调度组没有按时完成任务

     */
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"请求一完成");
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"请求二完成");
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
//    long timeout = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_NOW);
//    long timeout = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    long timeout = dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1 *NSEC_PER_SEC));
    NSLog(@"timeout = %ld", timeout);
    if (timeout == 0) {
        NSLog(@"按时完成任务");
    }else{
        NSLog(@"超时");
    }
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"刷新界面");
    });
}

dispatch_barrier_sync & dispatch_barrier_async

栅栏函数，主要有两种使用场景：串行队列、并发队列

- (void)cjl_testBarrier{
    /*
     dispatch_barrier_sync & dispatch_barrier_async
     
     应用场景：同步锁
     
     等栅栏前追加到队列中的任务执行完毕后，再将栅栏后的任务追加到队列中。
     简而言之，就是先执行栅栏前任务，再执行栅栏任务，最后执行栅栏后任务
     
     - dispatch_barrier_async：前面的任务执行完毕才会来到这里
     - dispatch_barrier_sync：作用相同，但是这个会堵塞线程，影响后面的任务执行
    
     - dispatch_barrier_async可以控制队列中任务的执行顺序，
     - 而dispatch_barrier_sync不仅阻塞了队列的执行，也阻塞了线程的执行（尽量少用）
     */
    
    [self cjl_testBarrier1];
    [self cjl_testBarrier2];
}
- (void)cjl_testBarrier1{
    //串行队列使用栅栏函数
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    NSLog(@"开始 - %@", [NSThread currentThread]);
    dispatch_async(queue, ^{
        sleep(2);
        NSLog(@"延迟2s的任务1 - %@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"第一次结束 - %@", [NSThread currentThread]);
    
    //栅栏函数的作用是将队列中的任务进行分组，所以我们只要关注任务1、任务2
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"------------栅栏任务------------%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"栅栏结束 - %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        sleep(2);
        NSLog(@"延迟2s的任务2 - %@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"第二次结束 - %@", [NSThread currentThread]);
}
- (void)cjl_testBarrier2{
    //并发队列使用栅栏函数
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    NSLog(@"开始 - %@", [NSThread currentThread]);
    dispatch_async(queue, ^{
        sleep(2);
        NSLog(@"延迟2s的任务1 - %@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"第一次结束 - %@", [NSThread currentThread]);
    
    //由于并发队列异步执行任务是乱序执行完毕的，所以使用栅栏函数可以很好的控制队列内任务执行的顺序
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"------------栅栏任务------------%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"栅栏结束 - %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        sleep(2);
        NSLog(@"延迟2s的任务2 - %@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"第二次结束 - %@", [NSThread currentThread]);
}

dispatch_semaphore_t

信号量主要用作同步锁，用于控制GCD最大并发数

- (void)cjl_testSemaphore{
    /*
     应用场景：同步当锁, 控制GCD最大并发数

     - dispatch_semaphore_create()：创建信号量
     - dispatch_semaphore_wait()：等待信号量，信号量减1。当信号量< 0时会阻塞当前线程，根据传入的等待时间决定接下来的操作——如果永久等待将等到信号（signal）才执行下去
     - dispatch_semaphore_signal()：释放信号量，信号量加1。当信号量>= 0 会执行wait之后的代码

     */
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"当前 - %d， 线程 - %@", i, [NSThread currentThread]);
        });
    }
    
    //利用信号量来改写
    dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"当前 - %d， 线程 - %@", i, [NSThread currentThread]);
            
            dispatch_semaphore_signal(sem);
        });
        dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    }
}

dispatch_source_t

dispatch_source_t主要用于计时操作，其原因是因为它创建的timer不依赖于RunLoop，且计时精准度比NSTimer高

- (void)cjl_testSource{
    /*
     dispatch_source
     
     应用场景：GCDTimer
     在iOS开发中一般使用NSTimer来处理定时逻辑，但NSTimer是依赖Runloop的，而Runloop可以运行在不同的模式下。如果NSTimer添加在一种模式下，当Runloop运行在其他模式下的时候，定时器就挂机了；又如果Runloop在阻塞状态，NSTimer触发时间就会推迟到下一个Runloop周期。因此NSTimer在计时上会有误差，并不是特别精确，而GCD定时器不依赖Runloop，计时精度要高很多
     
     dispatch_source是一种基本的数据类型，可以用来监听一些底层的系统事件
        - Timer Dispatch Source：定时器事件源，用来生成周期性的通知或回调
        - Signal Dispatch Source：监听信号事件源，当有UNIX信号发生时会通知
        - Descriptor Dispatch Source：监听文件或socket事件源，当文件或socket数据发生变化时会通知
        - Process Dispatch Source：监听进程事件源，与进程相关的事件通知
        - Mach port Dispatch Source：监听Mach端口事件源
        - Custom Dispatch Source：监听自定义事件源

     主要使用的API：
        - dispatch_source_create: 创建事件源
        - dispatch_source_set_event_handler: 设置数据源回调
        - dispatch_source_merge_data: 设置事件源数据
        - dispatch_source_get_data： 获取事件源数据
        - dispatch_resume: 继续
        - dispatch_suspend: 挂起
        - dispatch_cancle: 取消
     */
    
    //1.创建队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    //2.创建timer
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
    //3.设置timer首次执行时间，间隔，精确度
    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2.0*NSEC_PER_SEC, 0.1*NSEC_PER_SEC);
    //4.设置timer事件回调
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"GCDTimer");
    });
    //5.默认是挂起状态，需要手动激活
    dispatch_resume(timer);
    
}

NSOperation

NSOperation是基于GCD之上的更高一层封装，NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。

NSOperatino实现多线程的步骤如下：

1、创建任务：先将需要执行的操作封装到NSOperation对象中。
2、创建队列：创建NSOperationQueue。
3、将任务加入到队列中：将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中。

//基本使用
- (void)cjl_testBaseNSOperation{
    //处理事务
    NSInvocationOperation *op =  [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(handleInvocation::) object:@"CJL"];
    //创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    //操作加入队列
    [queue addOperation:op];
    
}
- (void)handleInvocation:(id)operation{
    NSLog(@"%@ - %@", operation, [NSThread currentThread]);
}

需要注意的是，NSOperation是个抽象类，实际运用时中需要使用它的子类，有三种方式：

1、使用子类NSInvocationOperation


//直接处理事务，不添加隐性队列
- (void)cjl_createNSOperation{
    //创建NSInvocationOperation对象并关联方法，之后start。
    NSInvocationOperation *invocationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomething:) object:@"CJL"];
    
    [invocationOperation start];
}

2、使用子类NSBlockOperation

- (void)cjl_testNSBlockOperationExecution{
    //通过addExecutionBlock这个方法可以让NSBlockOperation实现多线程。
    //NSBlockOperation创建时block中的任务是在主线程执行，而运用addExecutionBlock加入的任务是在子线程执行的。
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"main task = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
            NSLog(@"task1 = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
            NSLog(@"task2 = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
            NSLog(@"task3 = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation start];
}

3、定义继承自NSOperation的子类，通过实现内部相应的方法来封装任务。

//*********自定义继承自NSOperation的子类*********
@interface CJLOperation : NSOperation
@end

@implementation CJLOperation
- (void)main{
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        NSLog(@"NSOperation的子类：%@",[NSThread currentThread]);
    }
}
@end

//*********使用*********
- (void)cjl_testCJLOperation{
    //运用继承自NSOperation的子类 首先我们定义一个继承自NSOperation的类，然后重写它的main方法。
    CJLOperation *operation = [[CJLOperation alloc] init];
    [operation start];
}

NSOperationQueue

NSOperationQueue添加事务

NSOperationQueue有两种队列：主队列、其他队列。其他队列包含了 串行和并发。

主队列：主队列上的任务是在主线程执行的。
其他队列（非主队列）：加入到'非队列'中的任务默认就是并发，开启多线程。

- (void)cjl_testNSOperationQueue{
    /*
     NSInvocationOperation和NSBlockOperation两者的区别在于：
     - 前者类似target形式
     - 后者类似block形式——函数式编程，业务逻辑代码可读性更高
     
     NSOperationQueue是异步执行的，所以任务一、任务二的完成顺序不确定
     */
    // 初始化添加事务
    NSBlockOperation *bo = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"任务1————%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    // 添加事务
    [bo addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"任务2————%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    // 回调监听
    bo.completionBlock = ^{
        NSLog(@"完成了!!!");
    };
    
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [queue addOperation:bo];
    NSLog(@"事务添加进了NSOperationQueue");
}

设置执行顺序

//执行顺序
- (void)cjl_testQueueSequence{
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            [queue addOperationWithBlock:^{
                NSLog(@"%@---%d", [NSThread currentThread], i);
            }];
        }
}

设置优先级

- (void)cjl_testOperationQuality{
    /*
     NSOperation设置优先级只会让CPU有更高的几率调用，不是说设置高就一定全部先完成
     - 不使用sleep——高优先级的任务一先于低优先级的任务二
     - 使用sleep进行延时——高优先级的任务一慢于低优先级的任务二
     */
    NSBlockOperation *bo1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            //sleep(1);
            NSLog(@"第一个操作 %d --- %@", i, [NSThread currentThread]);
        }
    }];
    // 设置最高优先级
    bo1.qualityOfService = NSQualityOfServiceUserInteractive;
    
    NSBlockOperation *bo2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"第二个操作 %d --- %@", i, [NSThread currentThread]);
        }
    }];
    // 设置最低优先级
    bo2.qualityOfService = NSQualityOfServiceBackground;
    
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [queue addOperation:bo1];
    [queue addOperation:bo2];

}

设置并发数

//设置并发数
- (void)cjl_testOperationMaxCount{
    /*
     在GCD中只能使用信号量来设置并发数
     而NSOperation轻易就能设置并发数
     通过设置maxConcurrentOperationCount来控制单次出队列去执行的任务数
     */
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue.name = @"Felix";
    queue.maxConcurrentOperationCount = 2;
    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        [queue addOperationWithBlock:^{ // 一个任务
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        }];
    }
}

添加依赖

//添加依赖
- (void)cjl_testOperationDependency{
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    NSBlockOperation *bo1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"请求token");
    }];
    
    NSBlockOperation *bo2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"拿着token,请求数据1");
    }];
    
    NSBlockOperation *bo3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"拿着数据1,请求数据2");
    }];
    
    [bo2 addDependency:bo1];
    [bo3 addDependency:bo2];
    
    [queue addOperations:@[bo1,bo2,bo3] waitUntilFinished:YES];
    
    NSLog(@"执行完了?我要干其他事");
}

线程间通讯

//线程间通讯
- (void)cjl_testOperationNoti{
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue.name = @"Felix";
    [queue addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"请求网络%@--%@", [NSOperationQueue currentQueue], [NSThread currentThread]);
        
        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"刷新UI%@--%@", [NSOperationQueue currentQueue], [NSThread currentThread]);
        }];
    }];

}

iOS-底层原理 27：GCD 之 NSThread & GCD & NSOperation

NSthread

GCD

NSOperation

NSOperationQueue

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