IOS 多线程的编程总结经验

IOS 多线程 有三种主要方法
（1）NSThread
（2）NSOperation
（3）GCD
下面简单介绍这三个方法

1.NSThread
      调用方法如下：
      如函数需要输入参数，可从object传进去。
    (1) [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadInMainMethod:) toTarget:self withObject:nil];

    (2) NSThread* myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadInMainMethod:) object:nil];
[myThread start];

    (3) [obj performSelectorInBackground:@selector(threadMe) withObject:nil];

提个问题：如果某个ViewController里运行了一个Thread，Thread还没结束的时候，这个ViewController被Release了，结果会如何？
经过的的测试，Thread不结束，ViewController一直保留，不会执行dealloc方法。

2.NSOperation 
NSoperation也是多线程的一种，NSopertaion有2种形式
  (1) 并发执行
       并发执行你需要重载如下4个方法
     //执行任务主函数，线程运行的入口函数
    - (void)start
       //是否允许并发，返回YES，允许并发，返回NO不允许。默认返回NO
    -(BOOL)isConcurrent
    - (BOOL)isExecuting
     //是否已经完成，这个必须要重载，不然放在放在NSOperationQueue里的NSOpertaion不能正常释放。
   - (BOOL)isFinished
  
   比如TestNSOperation:NSoperaion 重载上述的4个方法，
   声明一个NSOperationQueue,
NSOperationQueue *queue = [[[NSOperationQueue alloc ] init] autorelease];
[cpp] view plaincopy
[queue addOperation:testNSoperation]; 
[queue setMaxConcurrentOperationCount:10]; 
//以上将其中线程数目设置为10 
  它会自动调用TestNSOperation里的 start函数，如果需要多个NSOperation,你需要设置queue的一些属性，如果多个NSOperation之间又依赖关系，也可以设置，具体可以参考API 文档。

（2）非并发执行
  -(void)main
   只需要重载这个main方法就可以了。 

  3.GCD
  GCD很强大，我的使用经验很少。但是scorpiozj 总结的比较全面（点击打开链接）
  同时，这篇文章也介绍的比较详细 (点击打开链接)
     官方教程
GCD是和block紧密相连的,所以最好先了解下block(可以查看这里).GCD是C level的函数,这意味着它也提供了C的函数指针作为参数,方便了C程序员.
下面首先来看GCD的使用:
[cpp] view plaincopy
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); 

async表明异步运行,block代表的是你要做的事情,queue则是你把任务交给谁来处理了.(除了async,还有sync,delay,本文以async为例).
之所以程序中会用到多线程是因为程序往往会需要读取数据,然后更新UI.为了良好的用户体验,读取数据的操作会倾向于在后台运行,这样以避免阻塞主线程.GCD里就有三种queue来处理.
1. Main queue：
　　顾名思义,运行在主线程,由dispatch_get_main_queue获得.和ui相关的就要使用Main Queue.
2.Serial quque(private dispatch queue)
　　每次运行一个任务,可以添加多个,执行次序FIFO. 通常是指程序员生成的,比如:
[cpp] view plaincopy
NSDate *da = [NSDate date]; 
NSString *daStr = [da description]; 
const char *queueName = [daStr UTF8String]; 
dispatch_queue_t myQueue = dispatch_queue_create(queueName, NULL); 
3. Concurrent queue(global dispatch queue): 


可以同时运行多个任务,每个任务的启动时间是按照加入queue的顺序,结束的顺序依赖各自的任务.使用dispatch_get_global_queue获得.
所以我们可以大致了解使用GCD的框架:
[cpp] view plaincopy
dispatch_async(getDataQueue,^{ 
    //获取数据,获得一组后,刷新UI. 
    dispatch_aysnc (mainQueue, ^{ 
    //UI的更新需在主线程中进行 
}; 
} 
) 
由此可见,GCD的使用非常简单,以我的使用经验来看,以后会逐步淘汰使用NSOperation而改用GCD.

iOS 支持多个层次的多线程编程，层次越高的抽象程度越高，使用起来也越方便，也是苹果最推荐使用的方法。下面根据抽象层次从低到高依次列出iOS所支持的多线程编程范式：
1, Thread;
2, Cocoa operations;
3, Grand Central Dispatch (GCD) (iOS4 才开始支持)

下面简要说明这三种不同范式：
Thread 是这三种范式里面相对轻量级的，但也是使用起来最负责的，你需要自己管理thread的生命周期，线程之间的同步。线程共享同一应用程序的部分内存空间，它们拥有对数据相同的访问权限。你得协调多个线程对同一数据的访问，一般做法是在访问之前加锁，这会导致一定的性能开销。在 iOS 中我们可以使用多种形式的 thread:
Cocoa threads: 使用NSThread 或直接从 NSObject 的类方法 performSelectorInBackground:withObject: 来创建一个线程。如果你选择thread来实现多线程，那么 NSThread 就是官方推荐优先选用的方式。
POSIX threads: 基于 C 语言的一个多线程库，

Cocoa operations是基于 Obective-C实现的，类 NSOperation 以面向对象的方式封装了用户需要执行的操作，我们只要聚焦于我们需要做的事情，而不必太操心线程的管理，同步等事情，因为NSOperation已经为我们封装了这些事情。 NSOperation 是一个抽象基类，我们必须使用它的子类。iOS 提供了两种默认实现：NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation。

Grand Central Dispatch (GCD): iOS4 才开始支持，它提供了一些新的特性，以及运行库来支持多核并行编程，它的关注点更高：如何在多个 cpu 上提升效率。

有了上面的总体框架，我们就能清楚地知道不同方式所处的层次以及可能的效率，便利性差异。下面我们先来看看 NSThread 的使用，包括创建，启动，同步，通信等相关知识。这些与 win32/Java 下的 thread 使用非常相似。

线程创建与启动
NSThread的创建主要有两种直接方式：
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(myThreadMainMethod:) toTarget:self withObject:nil];
和
NSThread* myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self
                                        selector:@selector(myThreadMainMethod:)
                                        object:nil];
[myThread start];

这两种方式的区别是：前一种一调用就会立即创建一个线程来做事情；而后一种虽然你 alloc 了也 init了，但是要直到我们手动调用 start 启动线程时才会真正去创建线程。这种延迟实现思想在很多跟资源相关的地方都有用到。后一种方式我们还可以在启动线程之前，对线程进行配置，比如设置 stack 大小，线程优先级。

还有一种间接的方式，更加方便，我们甚至不需要显式编写 NSThread 相关代码。那就是利用 NSObject 的类方法 performSelectorInBackground:withObject: 来创建一个线程：
[myObj performSelectorInBackground:@selector(myThreadMainMethod) withObject:nil];
其效果与 NSThread 的 detachNewThreadSelector:toTarget:withObject: 是一样的。


线程同步
线程的同步方法跟其他系统下类似，我们可以用原子操作，可以用 mutex，lock等。
iOS的原子操作函数是以 OSAtomic开头的，比如：OSAtomicAdd32, OSAtomicOr32等等。这些函数可以直接使用，因为它们是原子操作。

iOS中的 mutex 对应的是 NSLock，它遵循 NSLooking协议，我们可以使用 lock, tryLock, lockBeforeData:来加锁，用 unLock来解锁。使用示例：
BOOL moreToDo = YES;
NSLock *theLock = [[NSLock alloc] init];
...
while (moreToDo) {
    /* Do another increment of calculation */
    /* until there’s no more to do. */
    if ([theLock tryLock]) {
        /* Update display used by all threads. */
        [theLock unlock];
    }
}

我们可以使用指令 @synchronized 来简化 NSLock的使用，这样我们就不必显示编写创建NSLock,加锁并解锁相关代码。
- (void)myMethod:(id)anObj
{
    @synchronized(anObj)
    {
        // Everything between the braces is protected by the @synchronized directive.
    }
}

还有其他的一些锁对象，比如：循环锁NSRecursiveLock，条件锁NSConditionLock，分布式锁NSDistributedLock等等，在这里就不一一介绍了，大家去看官方文档吧。


用NSCodition同步执行的顺序
NSCodition 是一种特殊类型的锁，我们可以用它来同步操作执行的顺序。它与 mutex 的区别在于更加精准，等待某个 NSCondtion 的线程一直被 lock，直到其他线程给那个 condition 发送了信号。下面我们来看使用示例：
某个线程等待着事情去做，而有没有事情做是由其他线程通知它的。
[cocoaCondition lock];
while (timeToDoWork <= 0)
    [cocoaCondition wait];

timeToDoWork--;
// Do real work here.
[cocoaCondition unlock];

其他线程发送信号通知上面的线程可以做事情了：
[cocoaCondition lock];
timeToDoWork++;
[cocoaCondition signal];
[cocoaCondition unlock];


线程间通信
线程在运行过程中，可能需要与其它线程进行通信。我们可以使用 NSObject 中的一些方法：
在应用程序主线程中做事情：
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:

在指定线程中做事情：
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:

在当前线程中做事情：
performSelector:withObject:afterDelay:
performSelector:withObject:afterDelay:inModes:

取消发送给当前线程的某个消息
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

如在我们在某个线程中下载数据，下载完成之后要通知主线程中更新界面等等，可以使用如下接口：- (void)myThreadMainMethod
{
    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
    // to do something in your thread job
    ...
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI) withObject:nil waitUntilDone:NO];
    [pool release];
}

RunLoop
说到 NSThread 就不能不说起与之关系相当紧密的 NSRunLoop。Run loop 相当于 win32 里面的消息循环机制，它可以让你根据事件/消息（鼠标消息，键盘消息，计时器消息等）来调度线程是忙碌还是闲置。
系统会自动为应用程序的主线程生成一个与之对应的 run loop 来处理其消息循环。在触摸 UIView 时之所以能够激发 touchesBegan/touchesMoved 等等函数被调用，就是因为应用程序的主线程在 UIApplicationMain 里面有这样一个 run loop 在分发 input 或 timer 事件。

1：原子操作 - OSAtomic系列函数

iOS平台下的原子操作函数都以OSAtomic开头，使用时需要包含头文件<libkern/OSBase.h>。不同线程如果通过原子操作函数对同一变量进行操作，可以保证一个线程的操作不会影响到其他线程内对此变量的操作，因为这些操作都是原子式的。因为原子操作只能对内置类型进行操作，所以原子操作能够同步的线程只能位于同一个进程的地址空间内。
2：锁 - NSLock系列对象
iOS平台下的锁对象为NSLock对象，进入锁通过调用lock函数，解锁调用unlock函数（因为iOS中大部分的线程同步类都继承自NSLocking协议，所以其加锁/解锁的操作基本都为lock/unlock函数），同一个NSLock对象成功调用lock函数后，在其显式unlock之前任何线程都不能再对此NSLock对象加锁，以达到互斥访问的目的。除了lock函数，对NSLock加锁的函数还包括tryLock以及lockBeforeDate函数，lock函数在成功加锁之间会一直阻塞，而tryLock会尝试加锁，如果不成功，不会阻塞，而是直接返回NO，lockBeforeDate则是阻塞到传入的NSDate日期为止。
除了NSLock，iOS还提供了NSRecursive、NSConditionLock类型的锁类型。NSRecursive与NSLock最大的区别就是NSRecursive是可重入的，也就是说一个线程可以对一个NSRecursive对象多次调用lock，只要解锁时调用相同次数的unlock函数便可。NSConditionLock是一种带有条件的锁对象，除了基本的lock与unlock函数，还提供了lockWithCondition以及unlockWithCondition，这两个函数接收整型类型的数据作为参数，只有当一个unlockWithCondition对象被调用时，对应的lockWithCondition才会正常返回。这种机制在需几多个线程顺序化的完成某个任务时比较有用，例程如下：
[plain] view plaincopy
//线程A 
id condLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:NO_DATA]; 
  
while(true) 
{ 
    [condLock lock]; 
    /* Add data to the queue. */ 
    [condLock unlockWithCondition:HAS_DATA]; 
} 
[plain] view plaincopy
//线程B 
while (true) 
{ 
    [condLock lockWhenCondition:HAS_DATA]; 
    /* Remove data from the queue. */ 
    [condLock unlockWithCondition:(isEmpty ? NO_DATA : HAS_DATA)]; 
  
    // Process the data locally. 
} 

除了显示的生成NSLock系列对象，还可以通过将代码放到@synchronized内来达到同步的目的，一段放入其内的代码，不同的线程是不能重入的例如：
[plain] view plaincopy
- (void)myMethod:(id)anObj 
{ 
    @synchronized(anObj) 
    { 
        //此处代码在同一时刻只能有一个线程执行. 
    } 
} 

NSLock系列对象都是可以具名的，也就是说，这些对象可以用于不同进程内部的线程的同步。
3：事件 - NSCondtion

NSConditon类型提供了wait与signal函数，分别代表了等待事件的操作以及触发事件的操作。除了wait函数，NSCondition还提供了waitUntilDate函数，其功能与NSLock中的lockBeforeDate大致相同，简要来说就是提供了一个带超时的wait函数。
虽然NSCondition与Windows环境下Event类型所完成的功能大致类似，但对一个熟悉Event类型的开发人员来说，NSConditon的行为会有点奇怪：
第一点：因为遵循NSLocking协议，所以NSCondition在触发与等待过程的前后要分别调用lock与unlock函数，前面提到过，当一个遵循NSLocking协议的对象调用lock后，其他的对此对象的lock调用都会阻塞。那么，如果两个线程A和B，A要触发事件，B接收事件，B线程在调用lock后，通过调用wait函数进入等待事件触发的状态，那么，A线程岂不是再也没有机会对这个事件进行触发了（因为此对象已经被B线程lock）？秘密就在于wait函数的调用，其实，在wait函数内部悄悄的调用了unlock函数，也就是说在调用wati函数后，这个NSCondition对象就处于了无锁的状态，这样A线程就可以对此对象加锁并触发该NSCondition对象。当一个事件被其他线程触发时，在wait函数内部得到此事件被触发的通知，然后对此事件重新调用lock函数，然后函数返回，而在函数外部，看起来好像接收事件的线程从来没有放开NSCondition对象的所有权，B线程直接由阻塞状态进入了触发状态。
第二点：当有多个线程进入阻塞状态，等待同一个AutoReset的Event对象被触发时，在Windows环境下唤醒哪一个线程是没有固定的顺序的，也就是说操作系统对唤醒哪一个线程不会提供任何的保证。而在iOS平台上，经过笔者测试，其被触发的顺序与，并且只与调用wait函数的顺序相关，与其他（比如线程优先级）条件没有关系。这一点在开发时需要进行额外的考虑。
第三点：wait函数并不是完全可信的。这一点比较让人蛋疼，也就是说wait返回后，并不代表对应的事件一定被触发了，因此，为了保证线程之间的同步关系，使用NSCondtion时往往需要加入一个额外的变量来对非正常的wait返回进行规避。具体示例代码如下：
[plain] view plaincopy
//等待事件触发的线程 
[cocoaCondition lock]; 
while (timeToDoWork <= 0) 
    [cocoaCondition wait]; 
  
timeToDoWork--; 
  
// Do real work here. 
  
[cocoaCondition unlock]; 
 
//出发事件的线程 
[cocoaCondition lock]; 
timeToDoWork++; 
[cocoaCondition signal]; 
[cocoaCondition unlock]; 


这个timeToDoWork就是那个额外需要的变量，在NSCondition的使用中，这个变量是必不可少的。
NSConditon对象也是具名的，也就是说，其可于不同进程内部的线程同步。


相较于Windows平台下提供的丰富的线程同步机制，iOS下的线程同步机制稍显单薄，但也正是这种简洁简化了其使用。
在iOS中有几种方法来解决多线程访问同一个内存地址的互斥同步问题：
方法一，@synchronized(id anObject),(最简单的方法)
会自动对参数对象加锁，保证临界区内的代码线程安全
[cpp] view plaincopyprint?
@synchronized(self) 
 
{ 
 
       // 这段代码对其他 @synchronized(self) 都是互斥的        
 
       // self 指向同一个对象 
 
}  

方法二，NSLock
NSLock对象实现了NSLocking protocol，包含几个方法：
lock，加锁
unlock，解锁
tryLock，尝试加锁，如果失败了，并不会阻塞线程，只是立即返回NO
lockBeforeDate:，在指定的date之前暂时阻塞线程（如果没有获取锁的话），如果到期还没有获取锁，则线程被唤醒，函数立即返回NO
比如：
[cpp] view plaincopyprint?
NSLock *theLock = [[NSLock alloc] init];  
if ([theLock lock])  
{ 
   //do something here 
   [theLock unlock];  
}  
方法三，NSRecursiveLock，递归锁
NSRecursiveLock，多次调用不会阻塞已获取该锁的线程。
[cpp] view plaincopyprint?
NSRecursiveLock *theLock = [[NSRecursiveLock alloc] init];  
void MyRecursiveFunction(int value)  
{  
[theLock lock];  
if (value != 0)  
<span style="font-size:14px;"> </span>{  
    –value;  
    MyRecursiveFunction(value);  
} 
[theLock unlock];  
}  
 
MyRecursiveFunction(5); 
方法四，NSConditionLock，条件锁
NSConditionLock，条件锁，可以设置条件
[cpp] view plaincopyprint?
//公共部分 
id condLock = [[NSConditionLock alloc] initWithCondition:NO_DATA];  
      
//线程一，生产者 
while(true) {  
        [condLock lockWhenCondition:NO_DATA];  
        //生产数据 
        [condLock unlockWithCondition:HAS_DATA];  
} 
      
//线程二，消费者 
while (true) {  
        [condLock lockWhenCondition:HAS_DATA];  
        //消费 
        [condLock unlockWithCondition:NO_DATA];  
} 
方法五，NSDistributedLock，分布锁
NSDistributedLock，分布锁，文件方式实现，可以跨进程
用tryLock方法获取锁。
用unlock方法释放锁。
如果一个获取锁的进程在释放锁之前挂了，那么锁就一直得不到释放了，此时可以通过breakLock强行获取锁。随着多核CPU的兴起，传统的线程处理方法已经不能满足现在的需求, 为了解决这个问题，apple ios提出了新的解决方法：
GCD grand central dispatch，serial dispatch queue按序执行，concurrent queue并发执行
operation queues, 遵循first in, first out原则
operation queues
ios提供了NSOperation来处理这种类型的queue， NSOperation是一个abstract class，你不能直接使用它，不过它也提供了很多有用的方法。同时iOS也提供了两种NSOperation的子类:NSInvocationOperation和NSBlockOperation。使用的方法很简单，参考下面的步骤和sample code:
创建NSInvocationOperation
创建NSBlockOperation
实现自己的NSOperation子类，必须实现main函数
创建NSOperationQueue，调用addOperation来创建线程，调用相关的方法
sample code，
[cpp] view plaincopy
- (IBAction)ExecuteThread:(id)sender { 
     
    NSLog(@"ExecuteThread"); 
    NSOperationQueue* queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; 
    MyNonConcurrentOperation* op = [[MyNonConcurrentOperation alloc] init]; 
    [queue addOperations:[NSArray arrayWithObject:op] waitUntilFinished:YES]; 
     
    NSLog(@"after addOPeration"); 
     
     
    [queue addOperationWithBlock:^{ 
        NSLog(@"addOperationWithBlock in block"); 
    }]; 
      
    NSLog(@"after addOperationWithBlock"); 
     
    NSInvocationOperation* iop = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(MyInvocationTask) object:nil]; 
    [queue addOperation:iop]; 
     
    NSBlockOperation* bop = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ 
        NSLog(@"NSBlockOperation in block"); 
    }]; 
    [queue addOperation:bop]; 

Dispatch Queues
Dispatch Queues有如下三种类型：
Serial, 按序执行
Concurrent, 并发
Main dispatch queue， 在main thread中执行