赵邦华
赵邦华

OC 多线程：NSThread，GCD，NSOperation

OC 常用的多线程实现方法有：

  • NSThread
  • GCD
  • NSOperation

下面逐一总结一下。

NSThread

NSThread是官方提供的，面向对象的创建多线程的方法。

NSThread可以随时查看当前代码所在的线程。比如：

NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
// {number = 1, name = main}

NSThread可以使用类方法快速创建子线程，但是得不到子线程对象，线程自动开启。比如：

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
  NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
  // {number = 7, name = (null)}
}];

NSThread可以使用对象方法创建子线程，能够得到子线程对象，需要调用start方法手动开启子线程。

self.thread = [[NSThread alloc] initWithBlock: ^{
  NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
  // {number = 7, name = my thread}
}];
self.thread.name = @"my thread";
[self.thread start];

NSThread可以结束子线程、可以随时查看线程的状态（正在执行、被取消、结束）。

self.thread = [[NSThread alloc] initWithBlock: ^{
  NSLog(@"当前线程%@", [NSThread currentThread]);
  NSLog(@"isExecuting=%d", self.thread.isExecuting);
  NSLog(@"isCancelled=%d", self.thread.isCancelled);
  NSLog(@"isFinished=%d", self.thread.isFinished);
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    NSLog(@"i = %d", i);
    if (i == 6) {
      NSLog(@"结束线程%@", [NSThread currentThread]);
      //结束线程
      [NSThread exit];
      NSLog(@"这行代码不会打印的");
    }
  }
}];

self.thread.name = @"my thread";

[self.thread start];

[NSThread sleepForTimeInterval:2];

NSLog(@"isExecuting=%d", self.thread.isExecuting);
NSLog(@"isCancelled=%d", self.thread.isCancelled);
NSLog(@"isFinished=%d", self.thread.isFinished);

// 当前线程{number = 7, name = my thread}
// isExecuting=1
// isCancelled=0
// isFinished=0
// i = 0
// i = 1
// i = 2
// i = 3
// i = 4
// i = 5
// i = 6
// 结束线程{number = 7, name = my thread}
// isExecuting=0
// isCancelled=0
// isFinished=1

我们可以看到，exit方法可以终止线程的执行，执行exit方法可以把isExecuting从1设为0，把isFinished从0设为1，而isCancelled不受影响，这说明cancel只是一个属性，并不能真正的取消当前线程。

GCD

GCD（Grand Central Dispatch）是苹果官方开发的解决多线程的一种方案。GCD引入了两个核心概念，任务和队列，来抽象多线程的创建和调用。理解任务和队列是正确使用GCD的关键。

任务又分为同步任务（sync）和异步任务（async）：

  • 同步任务：把任务添加到当前线程中，不开启新的线程，在任务完成之前阻塞当前线程，都是串行执行任务
  • 异步任务：可以开启新的线程，任务可以添加到新的线程中，不阻塞当前线程

队列又分为串行队列（serial）和并发队列（concurrent）：

  • 串行队列：在一个线程中，一个接一个的完成任务，先进先出（FIFO）
  • 并发队列：在一个或多个线程中，并发的完成任务（后添加的任务不用等待前添加的任务先完成）

基于以上分类，我们可以得出一些推论：

  • 并发队列只有在异步任务中才有效，因为在同步任务中，不能开启新线程，并发队列还是只能一个接一个的完成，这就相当于串行队列

开发中常用的队列有四种，分别是：

  • 自定义串行队列：当前线程中建立的串行队列，在当前线程中，dispatch_queue_create("CXqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
  • 自定义并发队列：当前线程中建立的并发队列，因为是并发，所以可以在任意线程，dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
  • 全局队列：全局中的并发队列，因为是并发，所以可以在任意线程，dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
  • 主队列：主线程中的主队列，是串行队列，dispatch_get_main_queue()

这里可以看出，自定义并发队列和全局队列的作用很相似。

下面讨论一下不同任务和队列和组合：

  • 同步任务+自定义串行队列
  • 同步任务+自定义并发队列
  • 异步任务+自定义串行队列
  • 异步任务+自定义并发队列
  • 同步任务+主队列
  • 异步任务+主队列
  • 同步任务+全局队列
  • 异步任务+全局队列

同步任务+自定义串行队列：

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

NSLog(@"开始");
dispatch_sync(q, ^{
  NSLog(@"任务一");
  NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(q, ^{
  [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
  NSLog(@"任务二，睡了2秒");
  NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(q, ^{
  NSLog(@"任务三");
  NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"结束");

// 开始
// 任务一
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务二，睡了2秒
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务三
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 结束

可以看到，任务一，二，三，一个接一个的完成了，而且都在线程1中（主线程main）。

同步任务+自定义并行队列：

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

NSLog(@"开始");
dispatch_sync(q, ^{
    NSLog(@"任务一");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(q, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务二，睡了2秒");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(q, ^{
    NSLog(@"任务三");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"结束");

// 开始
// 任务一
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务二，睡了2秒
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务三
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 结束

可以看到，任务一，二，三，一个接一个的完成了，而且都在线程1中，这说明并发队列在同步任务中相当于串行队列。

异步任务+自定义串行队列：

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

NSLog(@"当前线程：%@", [NSThread currentThread]);

NSLog(@"开始");
dispatch_async(q, ^{
    NSLog(@"任务一");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(q, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务二，睡了2秒");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(q, ^{
    NSLog(@"任务三");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"结束");

// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 开始
// 结束
// 任务一
// 当前线程：{number = 6, name = (null)}
// 任务二，睡了2秒
// 当前线程：{number = 6, name = (null)}
// 任务三
// 当前线程：{number = 6, name = (null)}

可以看到，任务一，二，三是一个接一个完成，的确是串行的，但他们都被放到了线程6去执行了，这是因为异步任务的原因，还是就是打印开始之后，马上就是打印结束，这说明异步任务的创建需要时间，异步任务开始前，主线程已经完成打印了

异步任务+自定义并行队列：

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

NSLog(@"当前线程：%@", [NSThread currentThread]);

NSLog(@"开始");
dispatch_async(q, ^{
    NSLog(@"任务一");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(q, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务二，睡了2秒");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(q, ^{
    NSLog(@"任务三");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"结束");

// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 开始
// 结束
// 任务一
// 任务三
// 当前线程：{number = 3, name = (null)}
// 当前线程：{number = 6, name = (null)}
// 任务二，睡了2秒
// 当前线程：{number = 5, name = (null)}

可以看到，任务一，二，三并放到了三个不同的线程中去执行，并且执行的时候是并发的（不是一个接一个的完成）

同步任务+主队列（重点来了）

dispatch_queue_t q = dispatch_get_main_queue();

NSLog(@"当前线程：%@", [NSThread currentThread]);

NSLog(@"开始");
dispatch_sync(q, ^{  // Thread 1: EXC_BAD_INSTRUCTION (code=EXC_I386_INVOP, subcode=0x0)
    NSLog(@"任务一");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(q, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务二，睡了2秒");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(q, ^{
    NSLog(@"任务三");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"结束");

奔溃了，原因是发生了死锁，为什么呢？

我们就拿任务一进行分析。

因为在主线程中，dispatch_sync也是一个任务，因为阻塞线程，现在被添加到了主队列，dispatch_sync中的任务（任务一）也添加到了主队列，任务一完成后dispatch_sync才能返回（完成），而按照串行队列的定义，dispatch_sync完成后，任务一才能执行，因此，dispatch_sync与任务一之间创造了死锁。

同样都是串行队列，为什么主队列会死锁，而自定义串行队列不会呢？

因为如果是自定义串行队列，dispatch_sync中的任务（任务一）被添加到自定义的队列中，这样任务一在自定义串行队列中，不用等待dispatch_sync完成才开始执行，自己就执行了，dispatch_sync等任务一完成后，就返回了，所以没有造成死锁。

异步任务+主队列

dispatch_queue_t q = dispatch_get_main_queue();

NSLog(@"当前线程：%@", [NSThread currentThread]);

NSLog(@"开始");
dispatch_async(q, ^{
    NSLog(@"任务一");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(q, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务二，睡了2秒");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(q, ^{
    NSLog(@"任务三");
    NSLog(@"当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"结束");

// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 开始
// 结束
// 任务一
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务二，睡了2秒
// 当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务三
// 当前线程：{number = 1, name = main}

可以看到，因为是同步任务，任务一，二，三还是按照串行的方式执行的，而且都在主线程中执行，因为dispatch_async不阻塞当前线程（不用等待里面的任务完成之后才返回），所以不造成死锁，同时我们注意到，异步任务没有开启新的线程，这和异步任务+自定义串行队列有区别。

同步任务+全局队列

与同步任务+自定义并行队列结果一样

异步任务+全局队列

与异步任务+自定义并行队列结果一样

总结：

  • GCD的使用步骤：

    1. 创建或者获取队列（串行、并发，主队列，全局队列）
    2. 创建任务（同步、异步）
    3. 把任务放在队列中执行

  • 同步任务+自定义串行队列：不开启新线程，串行执行

  • 同步任务+自定义并发队列：不开启新线程，串行执行

  • 异步任务+自定义串行队列：开启新线程，串行执行

  • 异步任务+自定义并发队列：开启新线程，并行执行

  • 同步任务+主队列：死锁

  • 异步任务+主队列：不开启新线程，串行执行

  • 同步任务+全局队列：开启新线程，串行执行

  • 异步任务+全局队列：开启新线程，并行执行

NSOperation

NSOperation的使用和GCD类似，也是三步：

  • 将任务封装到NSOperation对象中
  • 将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中
  • 系统将NSOperationQueue中的NSOperation中的任务取出来放到一条新线程中执行。

NSOperation是一个抽象类，不具备封装操作的能力，必须使用它的子类，他的子类有：NSInvocationOperation, NSBlockOperation, 或者自定义子类。

NSInvocationOperation可以直接start任务（在主线程）：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];
    [operation start];
}

- (void)test {
    NSLog(@"----任务开始----");
    NSLog(@"当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
}

// ----任务开始----
// 当前线程：{number = 1, name = main}

NSBlockOperation可以直接start任务（在主线程），还可以追加任务，追加的任务在子线程（是并行的）：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    // NSBlockOperation
    NSBlockOperation * operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        // 要执行的操作，目前是主线程
        NSLog(@"NSBlockOperation 创建，当前线程：%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    // 追加任务，在子线程中执行
    [operation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"追加任务一");
        [self test];
    }];
    [operation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"追加任务二, %@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [operation start];

}

- (void)test {
    NSLog(@"----任务开始----");
    NSLog(@"当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
}

// 追加任务一
// NSBlockOperation 创建，当前线程：{number = 1, name = main}
// 追加任务二, {number = 3, name = (null)}
// ----任务开始----
// 当前线程：{number = 6, name = (null)}

自定义子类：

@interface BZOperation : NSOperation
@end

@implementation BZOperation
-(void) main {
    NSLog(@"我是自定义NSOperation，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
}
@end

BZOperation * operation = [[BZOperation alloc] init];
[operation start];

// 我是自定义NSOperation，当前线程：{number = 1, name = main}

下面总结NSOperationQueue

NSOperationQueue相当于GCD中的队列，将NSOperation加入到NSOperationQueue后，就自动执行NSOperation中的任务了，不需要执行start方法。

主要有两种队列：

  • 主队列：在主队列中的任务都在主线程中执行。
  • 非主队列：非主队列中的任务可以在其他线程中执行。

添加NSOperation到NSOperationQueue的方法主要有两种：

-(void)addOperation:(NSOperation *)op;
-(void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

下面我们尝试一下不同的组合：

主队列+NSBlockOperation

//1.创建主队列
NSOperationQueue *q1 = [NSOperationQueue mainQueue];
//2.创建任务
NSBlockOperation *p1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"任务一，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务一结束");
}];
NSBlockOperation *p2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"任务二，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务二结束");
}];

NSBlockOperation *p3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"任务三，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务三结束");
}];

//3.把任务添加到队列
[q1 addOperation:p1];
[q1 addOperation:p2];
[q1 addOperation:p3];

// 任务一，当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务一结束
// 任务二，当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务二结束
// 任务三，当前线程：{number = 1, name = main}
// 任务三结束

可以看出，任务全都在主线程中串行执行的。

非主队列+NSBlockOperation

//1.创建非主队列
NSOperationQueue *q1 = [[NSOperationQueue alloc] init];
//2.创建任务
NSBlockOperation *p1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"任务一，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务一结束");
}];
NSBlockOperation *p2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"任务二，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务二结束");
}];

NSBlockOperation *p3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"任务三，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"任务三结束");
}];

//3.把任务添加到队列
[q1 addOperation:p1];
[q1 addOperation:p2];
[q1 addOperation:p3];

// 任务三，当前线程：{number = 6, name = (null)}
// 任务二，当前线程：{number = 4, name = (null)}
// 任务一，当前线程：{number = 3, name = (null)}
// 任务二结束
// 任务一结束
// 任务三结束

可以看到，任务是在不同线程中，并发完成的。

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