【iOS开发-多线程【四】pthread&NSThread

前言

多线程的最后一篇,从GCD的API到GCD的实现,学到了NSOperationNSOperationQueue 慢慢了解了多线程的使用场景和众多原理,其中不乏涉及到了其他的知识,锁等。

这篇博客学习iOS常用的NSThread,了解pthread(不常用)。

pthread 简介

pthread 是一套通用的多线程的 API,可以在Unix / Linux / Windows 等系统跨平台使用,使用 C 语言编写,需要程序员自己管理线程的生命周期,使用难度较大,我们在 iOS 开发中几乎不使用 pthread。

维基百科介绍:POSIX 线程(英语:POSIX Threads,常被缩写 为 Pthreads)是 POSIX线程标准,定义了创建和操纵线程的一套 API。
实现 POSIX 线程标准的库常被称作 Pthreads,一般用于 Unix-like POSIX 系统,如 LinuxSolaris

这个简单来说就是操作系统级别使用的线程,基于c语言实现,我们的OC代码中很少用到,并且不便于管理。

pthread_mutex

提到他的原因是对于 pthread 我认为接触最多的就是互斥锁本身了,包括iOS的NSLock 锁也是基于pthread_mutex封装的锁,简单提一下。
pthread_mutex是POSIX线程库中用于实现互斥锁(mutex)的数据类型。互斥锁是一种同步机制,用于保护共享资源在多线程环境下的互斥访问,防止多个线程同时修改同一资源而引发的竞争条件(race condition)。

以下是pthread_mutex的一些重要操作:

  1. 创建互斥锁:使用pthread_mutex_init函数初始化一个互斥锁对象,并指定锁的属性。例如,可以选择创建一个普通锁或递归锁。
  2. 上锁:使用pthread_mutex_lock函数在访问共享资源之前锁定互斥锁。如果互斥锁已经被另一个线程锁定,当前线程将被阻塞,直到互斥锁可用。
  3. 尝试上锁:使用pthread_mutex_trylock函数尝试对互斥锁进行上锁操作。该函数会立即返回,并根据互斥锁的状态返回成功或失败的结果。
  4. 解锁:使用pthread_mutex_unlock函数释放互斥锁,使其可供其他线程使用。解锁操作应在访问共享资源后进行,以便其他线程可以获取互斥锁。
  5. 销毁互斥锁:使用pthread_mutex_destroy函数销毁互斥锁对象,释放相关的资源。

互斥锁提供了一种线程同步的机制,确保在任意时刻只有一个线程可以访问被保护的共享资源,从而避免了数据竞争和不确定行为。它是编写多线程程序时常用的同步工具之一。

pthread的使用

  • 首先引入头文件 #import
  • 我们需要创建一个线程,并开启线程执行任务。
// 1. 创建线程: 定义一个pthread_t类型变量
pthread_t thread;
// 2. 开启线程: 执行任务
pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
// 3. 设置子线程的状态设置为 detached,该线程运行结束后会自动释放所有资源
pthread_detach(thread);

void * run(void *param)    // 新线程调用方法,里边为需要执行的任务
{
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

    return NULL;
}

pthread_create(&thread, NULL, run, NULL); 中各项参数含义:

  • 第一个参数&thread是线程对象,指向线程标识符的指针
  • 第二个是线程属性,可赋值NULL
  • 第三个run表示指向函数的指针(run对应函数里是需要在新线程中执行的任务)
  • 第四个是运行函数的参数,可赋值NULL

pthread的API

  • pthread_create(pthread_t _Nullable *restrict _Nonnull, const pthread_attr_t *restrict _Nullable, void * _Nullable (* _Nonnull)(void * _Nullable), void *restrict _Nullable); 创建一个线程
  • pthread_exit(void * _Nullable); 终止某个线程
  • pthread_cancel(pthread_t _Nonnull); 中断另一个线程的运行
  • pthread_join(pthread_t _Nonnull, void * _Nullable * _Nullable); 阻塞当前线程,直到另一个线程结束
  • pthread_attr_init(pthread_attr_t * _Nonnull); 初始化线程属性
  • pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t * _Nonnull, int); 设置脱离状态的属性
  • pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t * _Nonnull, int * _Nonnull); 设置脱离状态的属性
  • pthread_attr_destroy(pthread_attr_t * _Nonnull); 删除线程的属性
  • pthread_kill(pthread_t _Nonnull, int); 向线程发送一个信号

了解即可

NSThread

【iOS开发-多线程【四】pthread&NSThread_第1张图片

对比GCDNSOperation虽然是不常用,但是还是OC提供的多线程技术,偶尔也会使用。

NSThread 是苹果官方提供的,使用起来比 pthread 更加面向对象,简单易用,可以直接操作线程对象。不过也需要需要程序员自己管理线程的生命周期(主要是创建),我们在开发的过程中偶尔使用 NSThread。比如经常调用[NSThread currentThread]来显示当前的进程信息。

创建,启动线程

NSThread 提供了三个方法

  • 创建线程并手动启动线程
// NSThread 先创建线程,再启动线程
- (void)JP_NSThread_1 {
    // 1. 创建线程
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    // 2. 启动线程
    [thread start];    // 线程一启动,就会在线程thread中执行self的run方法
}
  • 创建线程并自动启动线程
// 创建线程后自动启动线程
- (void)JP_NSThread_2 {
    // 1. 创建线程
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
}
  • 隐式创建并启动线程
// 隐式创建并启动线程
- (void)JP_NSThread_3 {
    [self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
}
// 新线程调用方法,里边为需要执行的任务
- (void)run {
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}

NSThread提供的API

这段代码涉及了NSThread类的一些方法和属性,用于获取和操作线程相关的信息。下面是对每个部分的解释:

  1. + (NSThread *)mainThread;
    这是一个类方法,用于获取主线程(Main Thread)的NSThread对象。主线程是应用程序的主要执行线程,在该线程上执行UI操作和其他重要任务。

  2. - (BOOL)isMainThread;
    这是一个实例方法,用于判断当前线程是否为主线程。如果调用该方法的线程是主线程,则返回YES,否则返回NO

  3. + (BOOL)isMainThread;
    这是一个类方法,用于判断当前线程是否为主线程。与实例方法相似,但可以直接通过类名调用。

  4. NSThread *current = [NSThread currentThread];
    这行代码获取当前线程的NSThread对象。可以使用这个对象来访问和操作当前线程的属性和方法。

  5. - (void)setName:(NSString *)n;
    这是一个实例方法,用于设置线程的名称。可以通过给线程设置一个有意义的名称来标识和识别线程。

  6. - (NSString *)name;
    这是一个实例方法,用于获取线程的名称。返回线程的名称字符串。

线程状态的控制方法

  • 启动线程

线程进入就绪状态 -> 运行状态。当线程任务执行完毕,自动进入死亡状态

- (void)start;
  • 阻塞/暂停线程
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;

该方法使当前线程暂停执行,直到指定的日期 date。也就是说,线程会休眠直到达到指定的日期时间点后才会继续执行。

+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)time;

该方法使当前线程暂停执行,持续暂停一段时间间隔 time,单位为秒。线程会休眠指定的时间后再继续执行。

这两个方法可以用于线程控制,例如在需要暂停线程一段时间后再进行下一步操作时使用。⚠️这些方法会阻塞当前线程的执行,所以需要谨慎使用,以避免对应用程序的响应性能产生不利影响。

  • 强制停止线程

线程进入死亡状态

+ (void)exit;

线程间的通信

在开发中,我们经常会在子线程进行耗时操作,操作结束后再回到主线程去刷新 UI。这就涉及到了子线程和主线程之间的通信。

  • 在主线程上执行操作
// 在主线程上执行操作
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

这个方法在主线程上执行指定的方法。参数 aSelector 是要执行的方法的选择器(方法名),arg 是传递给方法的对象参数,wait 表示是否等待执行完成后再返回。如果 waitYES,则当前线程会等待执行完成后再继续,如果为 NO,则立即返回。

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray<NSString *> *)array;
  // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes

这个方法与前一个方法类似,但它还接受一个 modes 参数,用于指定执行方法的运行模式(Run Loop Modes)modes 参数是一个字符串数组,用于指定运行模式的名称。主线程的运行模式定义了在哪些情况下可以处理事件和执行方法。

调用该方法,可以将指定的方法放入主线程的任务队列中,以确保在主线程上执行。同时,可以通过 modes 参数指定在哪些运行模式下可以处理事件和执行方法。

这个方法在多线程环境中非常有用,特别是在需要在主线程上执行与界面交互相关的操作时。例如,更新 UI 元素或执行需要在主线程上执行的代码块时,可以使用该方法将任务切换到主线程上执行,确保正确的线程执行上下文,并避免界面冻结或不响应的情况。

  • 在指定线程执行操作
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;

NSObject 类的一个方法,用于在当前线程中执行指定的方法,并返回该方法的返回值

- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;
  • 在当前线程执行操作
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

Demo(借鉴)

  • 开启一个子线程,在子线程中下载图片。
  • 回到主线程刷新 UI,将图片展示在 UIImageView 中。
/**
 * 创建一个线程下载图片
 */
- (void)downloadImageOnSubThread {
    // 在创建的子线程中调用downloadImage下载图片
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downloadImage) toTarget:self withObject:nil];
}

/**
 * 下载图片,下载完之后回到主线程进行 UI 刷新
 */
- (void)downloadImage {
    NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    // 1. 获取图片 imageUrl
    NSURL *imageUrl = [NSURL URLWithString:@"https://ysc-demo-1254961422.file.myqcloud.com/YSC-phread-NSThread-demo-icon.jpg"];
    
    // 2. 从 imageUrl 中读取数据(下载图片) -- 耗时操作
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:imageUrl];
    // 通过二进制 data 创建 image
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
    
    // 3. 回到主线程进行图片赋值和界面刷新
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(refreshOnMainThread:) withObject:image waitUntilDone:YES];
}

/**
 * 回到主线程进行图片赋值和界面刷新
 */
- (void)refreshOnMainThread:(UIImage *)image {
    NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    // 赋值图片到imageview
    self.imageView.image = image;
}

线程间的状态转换

当我们新建一条线程 NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];,在内存中的表现为:

【iOS开发-多线程【四】pthread&NSThread_第2张图片

  • 当调用[thread start];后,系统把线程对象放入可调度线程池中,线程对象进入就绪状态,如下图所示。
    【iOS开发-多线程【四】pthread&NSThread_第3张图片
  • 当然,可调度线程池中,会有其他的线程对象,如下图所示。在这里我们只关心左边的线程对象。

【iOS开发-多线程【四】pthread&NSThread_第4张图片
如何理解当前线程的线程转换

  • 如果CPU现在调度当前线程对象,则当前线程对象进入运行状态,如果CPU调度其他线程对象,则当前线程对象回到就绪状态。
  • 如果CPU在运行当前线程对象的时候调用了sleep方法等待同步锁,则当前线程对象就进入了阻塞状态,等到sleep到时或者得到同步锁,则回到就绪状态。
  • 如果CPU在运行当前线程对象的时候线程任务执行完毕/异常退出,则当前线程对象进入死亡状态。

【iOS开发-多线程【四】pthread&NSThread_第5张图片

总结

多线程GCD NSOperation NSOperationQueue NSThread 为iOS多线程的重要成员,GCD提供了可靠的多样的方法,有更多的API。NSOperation更加简洁,NSThread显得不是那么经常用。

多线程编程是iOS的重点,勤于复习。

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