多线程与网络A

多线程基础

进程

• 什么是进程
  
  • 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序
  • 每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用且受保护的内存空间内
• 通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程

线程

• 什么是线程
  
  • 1个进程要想执行任务，必须得有线程（每1个进程至少要有1条线程）
  • 一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行

线程的串行

• 1个线程中任务的执行是串行的
  
  • 如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务
  • 也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务

线程是进程中的1条执行路径

多线程

• 什么是多线程
  
  • 1个进程中可以开启多条线程，多条线程可以并行（同时）执行不同的任务
  • 进程 → 车间，线程 → 车间工人
  • 多线程技术可以提高程序的执行效率
• 多线程的原理
  
  • 同一时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在工作（执行）
  • 多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）
  • 如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象
  • 思考：如果线程非常非常多，会发生什么情况？
    
    • CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗大量的CPU资源
    • 每条线程被调度执行的频次会降低（线程的执行效率降低）

多线程的优缺点

• 多线程的优点
  
  • 能适当提高程序的执行效率
  • 能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）
• 多线程的缺点
  
  • 创建线程是有开销的，iOS下主要成本包括：内核数据结构（大约1KB）、栈空间（子线程512KB、主线程1MB，也可以使用-setStackSize:设置，但必须是4K的倍数，而且最小是16K），创建线程大约需要90毫秒的创建时间
  • 如果开启大量的线程，会降低程序的性能
  • 线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大
  • 程序设计更加复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享

多线程在iOS开发中的应用

• 什么是主线程
  
  • 一个iOS程序运行后，默认会开启1条线程，称为“主线程”或“UI线程”
• 主线程的主要作用
  
  • 显示\刷新UI界面
  • 处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）
• 主线程的使用注意
  
  • 别将比较耗时的操作放到主线程中
  • 耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，给用户一种“卡”的坏体验

iOS中多线程的实现方案

多线程NSThread

创建和启动线程

• 一个NSThread对象就代表一条线程
• 创建、启动线程

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];
// 线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法

• 主线程相关用法

+ (NSThread *)mainThread; // 获得主线程
- (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
+ (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程

• 获得当前线程

NSThread *current = [NSThread currentThread];

• 线程的名字

- (void)setName:(NSString *)n; - (NSString *)name;

其他创建线程方式

• 创建线程后自动启动线程

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

• 隐式创建并启动线程

[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];

• 上述2种创建线程方式的优缺点
  
  • 优点：简单快捷
  • 缺点：无法对线程进行更详细的设置

线程的状态

 NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
 [thread start];

控制线程状态

• 启动线程

- (void)start; 
// 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

• 阻塞（暂停）线程

+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 进入阻塞状态

• 强制停止线程

+ (void)exit;
// 进入死亡状态

注意：一旦线程停止（死亡）了，就不能再次开启任务

多线程的安全隐患

• 资源共享
  
  • 1块资源可能会被多个线程共享，也就是多个线程可能会访问同一块资源
  • 比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件
• 当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题

安全隐患分析

安全隐患解决 – 互斥锁

• 互斥锁使用格式
  
  • @synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码 }
  • 注意：锁定1份代码只用1把锁，用多把锁是无效的
• 互斥锁的优缺点
  
  • 优点：能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题
  • 缺点：需要消耗大量的CPU资源
• 互斥锁的使用前提：多条线程抢夺同一块资源
• 相关专业术语：线程同步
  
  • 线程同步的意思是：多条线程在同一条线上执行（按顺序地执行任务）
  • 互斥锁，就是使用了线程同步技术

原子和非原子属性

• OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择

  • atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）
  • nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁

• nonatomic和atomic对比

  • atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
  • nonatomic：非线程安全，适合内存小的移动设备
• iOS开发的建议
  
  • 所有属性都声明为nonatomic
  • 尽量避免多线程抢夺同一块资源
  • 尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理，减小移动客户端的压力

线程间通信

• 什么叫做线程间通信
  
  • 在1个进程中，线程往往不是孤立存在的，多个线程之间需要经常进行通信
• 线程间通信的体现
  
  • 1个线程传递数据给另1个线程
  • 在1个线程中执行完特定任务后，转到另1个线程继续执行任务
• 线程间通信常用方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; 

多线程GCD

• 什么是GCD
  
  • 全称是Grand Central Dispatch，可译为“牛逼的中枢调度器”
  • 纯C语言，提供了非常多强大的函数
• GCD的优势
  
  • GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
  • GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
  • GCD会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
  • 程序员只需要告诉GCD想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

任务和队列

• GCD中有2个核心概念
  
  • 任务：执行什么操作
  • 队列：用来存放任务
• GCD的使用就2个步骤
  
  • 定制任务
  • 将任务添加到队列中
    
    • GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行
    • 任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出

执行任务

• GCD中有2个用来执行任务的常用函数

  • 用同步的方式执行任务

    dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
    // queue：队列
    // block：任务
    

  • 用异步的方式执行任务

    dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
    

• 同步和异步的区别
  
  • 同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
  • 异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
• GCD中还有个用来执行任务的函数：

dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
// 在前面的任务执行结束后它才执行，而且它后面的任务等它执行完成之后才会执行
这个queue不能是全局的并发队列

队列的类型

• GCD的队列可以分为2大类型

  • 并发队列（Concurrent Dispatch Queue）

    • 可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
    • 并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

  • 串行队列（Serial Dispatch Queue）

    • 让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

并发队列

• 使用dispatch_queue_create函数创建队列

dispatch_queue_t
dispatch_queue_create(const char *label, // 队列名称 
dispatch_queue_attr_t attr); // 队列的类型

• 创建并发队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.baidu.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

• GCD默认已经提供了全局的并发队列，供整个应用使用，可以无需手动创建

  • 使用dispatch_get_global_queue函数获得全局的并发队列

    dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(
    dispatch_queue_priority_t priority, // 队列的优先级
    unsigned long flags); // 此参数暂时无用，用0即可
    
    // 获得全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); 
    

  • 全局并发队列的优先级

  
  #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高
  
  
  #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默认（中）
  
  
  #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低
  
  
  #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台
  
  

串行队列

• GCD中获得串行有2种途径

  • 使用dispatch_queue_create函数创建串行队列

    // 创建串行队列（队列类型传递NULL或者DISPATCH_QUEUE_SERIAL）
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.baidu.queue", NULL); 
    

  • 使用主队列（跟主线程相关联的队列）

    • 主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列
    • 放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行
    • 使用dispatch_get_main_queue()获得主队列
      

      dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); 

各种队列的执行效果

线程间通信示例

• 从子线程回到主线程

dispatch_async(
dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行耗时的异步操作...
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 回到主线程，执行UI刷新操作
        });
});

延时执行

• 调用NSObject的方法

[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];
// 2秒后再调用self的run方法

• 使用GCD函数

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 2秒后执行这里的代码...
});

• 使用NSTimer

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:NO];

一次性代码

• 使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
});

快速迭代

• 使用dispatch_apply函数能进行快速迭代遍历

dispatch_apply(10, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index){
    // 执行10次代码，index顺序不确定
});

队列组

• 有这么1种需求
  
  • 首先：分别异步执行2个耗时的操作
  • 其次：等2个异步操作都执行完毕后，再回到主线程执行操作
• 如果想要快速高效地实现上述需求，可以考虑用队列组

dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程...
});

单例模式

• 单例模式的作用

  • 可以保证在程序运行过程，一个类只有一个实例，而且该实例易于供外界访问
  • 从而方便地控制了实例个数，并节约系统资源

• 单例模式的使用场合

  • 在整个应用程序中，共享一份资源（这份资源只需要创建初始化1次）

• ARC中，单例模式的实现

  • 在.m中保留一个全局的static的实例static id _instance;

  • 重写allocWithZone:方法，在这里创建唯一的实例（注意线程安全）

    + (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
    {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _instance = [super allocWithZone:zone];
    });
    return _instance;
    }
    

  • 提供1个类方法让外界访问唯一的实例

    + (instancetype)sharedInstance
    {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _instance = [[self alloc] init];
    });
    return _instance;
    }
    

  • 实现copyWithZone:方法

    - (id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone
    {
    return _instance;
    }
    

多线程NSOperation

• NSOperation的作用
  
  • 配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能实现多线程编程
• NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的具体步骤
  
  • 先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中
  • 然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中
  • 系统会自动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来
  • 将取出的NSOperation封装的操作放到一条新线程中执行

NSOperation的子类

• NSOperation是个抽象类，并不具备封装操作的能力，必须使用它的子类
• 使用NSOperation子类的方式有3种
  
  • NSInvocationOperation
  • NSBlockOperation
  • 自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

NSInvocationOperation

• 创建NSInvocationOperation对象
  - (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;

• 调用start方法开始执行操作
  - (void)start;

  • 一旦执行操作，就会调用target的sel方法
• 注意
  
  • 默认情况下，调用了start方法后并不会开一条新线程去执行操作，而是在当前线程同步执行操作
  • 只有将NSOperation放到一个NSOperationQueue中，才会异步执行操作

NSBlockOperation

• 创建NSBlockOperation对象

  + (id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
  

• 通过addExecutionBlock:方法添加更多的操作

  - (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block; 

  注意：只要NSBlockOperation封装的操作数 > 1，就会异步执行操作

NSOperationQueue

• NSOperationQueue的作用

  • NSOperation可以调用start方法来执行任务，但默认是同步执行的
  • 如果将NSOperation添加到NSOperationQueue（操作队列）中，系统会自动异步执行NSOperation中的操作

• 添加操作到NSOperationQueue中

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

最大并发数

• 什么是并发数
  
  • 同时执行的任务数
  • 比如，同时开3个线程执行3个任务，并发数就是3

• 最大并发数的相关方法

  - (NSInteger)maxConcurrentOperationCount; - (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt; 

队列的取消、暂停、恢复

• 取消队列的所有操作

  - (void)cancelAllOperations; // 提示：也可以调用NSOperation的- (void)cancel方法取消单个操作 

• 暂停和恢复队列

  - (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暂停队列，NO代表恢复队列 - (BOOL)isSuspended; 

操作依赖

• NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序

  • 比如一定要让操作A执行完后，才能执行操作B，可以这么写[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依赖于操作A

• 可以在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系
  

操作的监听

• 可以监听一个操作的执行完毕

  - (void (^)(void))completionBlock; - (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

自定义NSOperation

• 自定义NSOperation的步骤很简单
  
  • 重写- (void)main方法，在里面实现想执行的任务
• 重写- (void)main方法的注意点
  
  • 自己创建自动释放池（因为如果是异步操作，无法访问主线程的自动释放池）
  • 经常通过- (BOOL)isCancelled方法检测操作是否被取消，对取消做出响应

自定义NSOperation下载图片思路 – 无沙盒缓存

自定义NSOperation下载图片思路 – 有沙盒缓存

多线程RunLoop

待更新，请关注博文“ios开发进阶之多线程03 RunLoop”