iOS详解多线程(实现篇——NSThread)

多线程-NSThread.png

上一节中，我们详细的学习了和多线程有关的概念，像进程、线程、多线程、CPU内核、并发、并行、串行、队列、同步、异步等概念。这一节中，我们将用代码来实现多线程。
如果对多线程概念不太清楚的，可以参考上一节内容，链接如下：
详解多线程(概念篇——进程、线程以及多线程原理)

说明：源码亲测，拒绝搬砖，源码可下载。
源码地址：https://github.com/weiman152/Multithreading.git

在iOS中，多线程的实现方法有多种，有OC的也有C语言的，有常用的，也有不常用的。本节中，我们就先探究NSThread这个OC的类对于实现多线程是如何进行的。

多线程的实现方法

1. NSThread（OC）
2. GCD（C语言）
3. NSOperation（OC）
4. C语言的pthread（C语言）
5. 其他实现多线程方法

1.NSThread（OC）

NSThread是苹果提供的面向对象的操作线程的方法。简单方便，可以直接操作线程对象。
我们查看一下NSThread的API，发现内容并不多，属性和方法不是特别多，我们一个个来看看（根据字面意思理解的）。
注：不想看的可以跳过哟，直接到下面看代码。
先看看类的声明：

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NSThread继承自NSObject。

• currentThread
  声明的第一个属性，currentThread，当前上下文所在的线程。这也是我们非常常用的一个属性。

  
  
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• 类方法创建线程

  
  
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• isMultiThreaded 判断是否有多个线程

  
  
  image.png

• threadDictionary 线程字典
  每个线程都维护了一个键-值的字典,它可以在线程里面的任何地方被访问。你可以使用该字典来保存一些信息,这些信息在整个线程的执行过程中都保持不变。

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• 让当前线程阻塞一段时间

  
  
  image.png

• 退出线程

  
  
  image.png

• 线程的优先级

  
  
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• 这几个字面上看不出来干嘛的

  
  
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• 线程的名字

  
  
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• 栈的大小

  
  
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• 是否是主线程和获取主线程

  
  
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• 初始化线程

  
  
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• 线程状态（正在执行、结束、被取消）

  
  
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• 线程主函数 在线程中执行的函数 都要在-main函数中调用，自定义线程中重写-main方法

  
  
  image.png

• 线程有关的通知

  
  
  image.png

上面的API都是我根据字面意思理解的，不一定正确，下面我们就用代码来试验一下NSThread实现多线程的过程吧。

1》类方法创建子线程，并在子线程中执行想要的操作

//类方法创建线程
- (IBAction)createThreadC:(id)sender {
    NSLog(@"------------detachNewThreadWithBlock-------");
    //block创建,并在子线程进行想要的操作
   [NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
       NSLog(@"--block--%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    NSLog(@"------------detachNewThreadSelector-------");
    //在子线程中执行某方法
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(printHi) toTarget:self withObject:nil];
}

-(void)printHi {
    NSLog(@"---printHi---");
    NSLog(@"Hi, 我要在子线程中执行");
    NSLog(@"--Sel--%@",[NSThread currentThread]);
}

打印结果：

image.png

分析：
createThreadC在主线程中，因为开辟子线程需要耗费时间，所以会先打印主线程的：
------------detachNewThreadWithBlock-------
------------detachNewThreadSelector-------
然后在打印子线程的内容。因为子线程是并发的，谁先执行完并不确定，所以先打印哪个子线程的内容也是不确定的。
注意：如果主线程和子线程都有一个for循环，循环很多次，那么主线程和子线程中的for循环打印很可能是交叉进行的。

我们再次运行，看看结果是否与上次一样呢。

image.png

与上次结果不太一样哟，与我们上面的分析是一致的。

2》判断当前是否开启了多个线程 isMultiThreaded

我们分别在子线程和主线程中使用isMultiThreaded，看看结果：

image.png

子线程中：

image.png

打印结果：

image.png

结果是 YES，就是开启了多线程。我们把开启的子线程注释掉再看看。

image.png

看看打印结果：

image.png

结果也是1，也是YES，这是为什么呢？
多方搜索，也没有找到答案。
我想，因为我是在一个应用程序中，应用程序默认开启主线程，是不是应用程序默认还开启了别的线程？我们看一下系统的CPU占用情况：

程序刚启动CPU占用情况.png

上图是程序程序刚启动的时候CPU的使用情况，我们并没有开启线程，但是系统却开启了5个线程，并且线程2是有使用的，所以我们打印是否开启了多线程的时候，会是YES。
我们静置了一会儿，再看看系统的线程情况：

image.png

现在就剩下线程1和线程8了。
我们自己开启了线程之后，看看CPU中线程开启情况：

image.png

在图中我们找到了我们自己创建的线程一，编号为12 。
现在，我们明白了，为什么在应用程序中打印 [NSThread isMultiThreaded]结果为什么一直是YES了。

那么，我们新建一个控制台项目，打印看看：

image.png

果然，打印是0，也就是NO，认为没有多个线程。

3》是否是主线程，打印主线程

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  
  NSLog(@"000  %d", [NSThread isMultiThreaded]);
  NSLog(@"isMainThread: %d", [NSThread isMainThread]);
  NSLog(@"currentThread: %@", [NSThread currentThread]);
}

image.png

4》对象方法创建子线程

对象方法初始化子线程，我们可以得到一个子线程对象，然后使用这个子线程对象。如果我们要开启子线程，一定要调用start方法，不然线程是不会开启的。

- (IBAction)createThreadO:(id)sender {
    NSLog(@"新建多线程");
    //对象方法创建多线程 一
    self.thread1 = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"thread1： %@",[NSThread currentThread]);
        for (int i=0; i<100; i++) {
            NSLog(@"i= %d", i);
            [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        }
    }];
    self.thread1.name = @"线程一";
    //对象方法创建多线程 二
    NSThread * thread2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(hello:) object:@"小明"];
    thread2.name = @"线程二";
    [thread2 start];
}

-(void)hello:(NSString *)name {
    NSLog(@"你好！%@",name);
    NSLog(@"当前线程是： %@",[NSThread currentThread]);
}

看看打印结果：

image.png

因为线程一没有开启，只是初始化了，所以不会执行线程一的内容。
使用对象方法创建子线程，要想让线程执行，必须调用start方法开启子线程。

5》取消线程——cancel，并不能取消一个子线程

我们在NSThread中找到一个方法叫做cancel，看起来像是可以取消一个线程，我们来试一试。

- (IBAction)createThreadO:(id)sender {
    NSLog(@"新建多线程");
    //对象方法创建多线程 一
    self.thread1 = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"thread1： %@",[NSThread currentThread]);
        for (int i=0; i<10000; i++) {
            NSLog(@"i= %d", i);
        }
    }];
    self.thread1.name = @"线程一";
    
    //对象方法创建多线程 二
    NSThread * thread2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(hello:) object:@"小明"];
    thread2.name = @"线程二";
    [thread2 start];
}

- (IBAction)threadStart:(id)sender {
    NSLog(@"thread1开始");
    [self.thread1 start];
}

- (IBAction)threadCancel:(id)sender {
    NSLog(@"thread1 取消");
    [self printState:self.thread1];
    [self.thread1 cancel];
    NSLog(@"cancel 后：");
    [self printState:self.thread1];
    if([self.thread1 isCancelled]==YES){
        NSLog(@"thread1 被取消了，开始销毁它");
        [NSThread exit];
        self.thread1 = nil;
    }
}

执行后发现，根本不能取消，线程还是在执行完循环之后才停止的。我们看看该方法的官方文档：
Instance Method
cancel
Changes the cancelled state of the receiver to indicate that it should exit.

意思是说，这个方法只是把cancelled的属性置为YES，并不能真正的取消当前线程。

看看打印结果：

image.png

我们要想取消一个子线程，只是使用cancel是做不到的，cancel只是把属性isCancelled设置为YES，并不能真正的取消一个子线程。我们可以配合isCancelled属性，使用类方法exit，取消一个子线程。
注意：上面我们的案例中，由于使用的是按钮取消，按钮方法是在主线程中进行的，在主线程中执行exit是不会有效果的。所以，在这种状态下，我们的线程一是不能被取消的。要想取消线程一，我们需要在子线程内部进行。
例如：

//再次测试取消线程
- (IBAction)cancelThreadAgain:(id)sender {
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
}

- (void)run {
    NSLog(@"当前线程%@", [NSThread currentThread]);

    for (int i = 0 ; i < 100; i++) {
        NSLog(@"i = %d", i);
        if (i == 20) {
            //取消线程
            [[NSThread currentThread] cancel];
            NSLog(@"取消线程%@", [NSThread currentThread]);
        }

        if ([[NSThread currentThread] isCancelled]) {
            NSLog(@"结束线程%@", [NSThread currentThread]);
            //结束线程
            [NSThread exit];
            NSLog(@"这行代码不会打印的");
        }

    }
}

看看结果：

image.png

只打印了前20个数字，说明线程取消了。

网上有人说，如果在线程中使用了sleep方法，就不能取消线程了，我们试一试：

image.png

看看结果：

image.png

跟之前一样，还是可以取消的。说明sleep是不会影响线程的取消退出操作的。

6》线程状态

使用NSThread创建的子线程，我们可以得到线程的三个状态：是否结束、是否取消、是否正在执行

image.png

-(void)printState:(NSThread *)thread{
    NSLog(@"状态,isCancelled： %d",[thread isCancelled]);
    NSLog(@"状态,isFinished： %d",[thread isFinished]);
    NSLog(@"状态,isExecuting： %d",[thread isExecuting]);
}

7》让线程阻塞一段时间

有的时候，我们希望线程等待一会儿再执行，这个时候，我们可以使用
+(void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+(void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
这两个方法，让线程阻塞一会儿在执行。观察后发现，这两个方法也是类方法，那么我们调用的时候，会阻塞当前线程，还是把所有线程都阻塞呢？我们试一试吧。

- (IBAction)sleepAction:(id)sender {
    NSThread * threadA = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        //threadA 阻塞2秒后执行
        [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
        for (int i=0; i<10; i++) {
            NSLog(@"%@, i = %d", [NSThread currentThread].name, i);
        }
        NSLog(@"threadA 结束了");
    }];
    threadA.name = @"线程A";
    [threadA start];
    
    NSThread * threadB = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        for (int i=0; i<10; i++) {
            NSLog(@"%@, i = %d", [NSThread currentThread].name, i);
        }
        NSLog(@"threadB 结束了");
    }];
    threadB.name = @"线程B";
    [threadB start];
    
}

打印结果：

image.png

先打印了线程B的内容，说明sleep方法并不会阻塞所有的线程，只会阻塞当前的线程。

另一个方法传入一个日期类型，也就是等到某一个特殊日期的时候才会执行。

    //让这个线程等到某个日期的时候在执行，这里给的是当前时间的2秒后执行，只是为了测试。
    [NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
        NSDate * date = [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:2];
        [NSThread sleepUntilDate:date];
        NSLog(@"终于等到这一天啦！我执行啦！");
    }];

结果：

image.png

8》案例：售票问题
描述：
假如我们有三个售票员ABC同时都在售票，每售出一张票，就从库存中减去一张，直到所有的票售完。

我们用代码去模拟这个过程。
分析一下：三个售票员我们用三个线程模拟，设置总票数为100，每个线程都执行一个总票数减1的操作，直到总票数为0 。

实现代码如下：

//售票
- (IBAction)sellTickets:(id)sender {
    self.totalTickets = 100;
    
    NSThread * t1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(sell) object:nil];
    t1.name = @"售票员：王美美";
    [t1 start];
    
    NSThread * t2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(sell) object:nil];
    t2.name = @"售票员：李帅帅";
    [t2 start];
    
    NSThread * t3 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(sell) object:nil];
    t3.name = @"售票员：张靓靓";
    [t3 start];
}

- (void)sell{
    NSLog(@"开始售票，当前余票：%d", self.totalTickets);
    while (self.totalTickets > 0) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        self.totalTickets--;
        NSLog(@"%@ 卖出一张，余票：%d", [NSThread currentThread].name, self.totalTickets);
    }
}

看看打印结果：

image.png

image.png

我们发现，结果并不像我们预期的那样啊，输出有点错乱，而且居然出现了-1，这实在是不能容忍的。
为什么会出现这样的问题呢？
因为三个线程同时访问我们的公共资源self.totalTickets，当线程一访问了，还没有减1的时候，线程二或者线程三也进来访问了，这个时候，线程二或者线程三读取的还是之前的self.totalTickets，所以就会出现打印两次甚至三次相同余票的情况。
为了解决这个问题，我们在线程访问公共资源的时候加个锁，也就是说，当线程一准备访问公共资源的时候，我们就把公共资源锁住，不让其他线程进来。当线程一访问完了，再进行解锁，其他线程继续访问。
代码如下：

- (void)sell{
    NSLog(@"开始售票，当前余票：%d", self.totalTickets);
    while (self.totalTickets > 0) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        //互斥锁--锁内的代码在同一时间只有一个线程在执行
        @synchronized (self) {
            if(self.totalTickets > 0){
                self.totalTickets--;
                NSLog(@"%@ 卖出一张，余票：%d", [NSThread currentThread].name, self.totalTickets);
            }else{
                NSLog(@"余票不足，出票失败！");
            }
            
        }
    }
}

为了尽快打印，所以把总票数改成10张。
看看打印结果：

image.png

解决了问题。

NSThread小结：
NSThread是官方提供的，面向对象的创建多线程的方法。

1. 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。
2. NSThread可以使用对象方法创建子线程，能够得到子线程对象，但是要手动开启子线程。
3. NSThread可以取消子线程、可以随时查看线程的状态（正在执行、被取消、结束）。
4. NSThread可以随时查看当前代码所在的线程。

关于NSThread就先到这里吧，有任何问题请留言，谢谢！
祝大家生活愉快！