iOS開發－多線程編程技術（Thread、Cocoa operations、GCD）

本文轉載自查看原文 2015-01-13 09:39 5199 多線程/ IOS開發－Object C/ GCD/ 線程間通訊/ iOS/ 手機開發/ Operations/ OBJECT-C/ Thread

簡介

在軟件開發中，多線程編程技術被廣泛應用，相信多線程任務對我們來說已經不再陌生了。有了多線程技術，我們可以同做多個事情，而不是一個一個任務地進行。比如：前端和后台作交互、大任務（需要耗費一定的時間和資源）等等。也就是說，我們可以使用線程把占據時間長的任務放到后台中處理，而不影響到用戶的使用。

線程間通訊

有一個非常重要的隊列，就是主隊列。在這個隊列中處理多點觸控及所有與UI相關操作等等。它非常特殊，原因有兩點。一是我們絕對不想它阻塞，我們不會將需要執行很長時間的任務放在主隊列上執行。二是我們將其用於所有與UI相關的同步，也就是線程間通訊需要注意的地方。所有有可能會使屏幕UI發生變化的，都應放在主隊列上執行。

線程的定義：

每個正在系統上運行的程序都是一個進程。每個進程包含一到多個線程。進程也可能是整個程序或者是部分程序的動態執行。線程是一組指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里獨立執行。也可以把它理解為代碼運行的上下文。所以線程基本上是輕量級的進程，它負責在單個程序里執行多任務。通常由操作系統負責多個線程的調度和執行。

轉自百度百科：多線程

如果熟悉多線程編程技術這一塊的朋友們，可以去看關於多線程安全的文章，是我寫的另一篇文章”iOS開發－多線程開發之線程安全篇“;

IOS支持的多線程技術：

一、Thread：

1）顯式創建線程：NSThreed

2）隱式創建線程：NSObject

二、Cocoa operations：

NSOperation類是一個抽象類，因為我們必須使用它的兩個子類。

　　1）NSInvocationOperation

2）NSBlockOperation

————————————————————————————

3）NSOperationQueue（繼承於NSObject）

三、Grand Central Dispatch （GCD）：

1）GCD的創建

2）重復執行線程及一次性執行：dispatch_apply & dispatch_once

3）操作（串行）隊列：dispatch_queue_create

4）GCD群組通知：dispatch_group_t

一、Thread

我們可以使用NSTherad或NSObject類去調用：

1）顯式創建線程：NSThread

創建NSThread有兩個辦法

1.1）創建之后需要使用start方法，才會執行方法：

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

1.2）創建並馬上執行方法：

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

2）隱式創建線程：NSObject

我們也可以使用NSObject類的方法直接調用方法

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

取消線程的方法：

實際上並沒有真正提供取消線程的API。蘋果提供了一個cancel的api，但它不能作用於取消線程，它只能改變線程的運行狀態。我們可以使用它來進行條件判斷。

- (void)threadCancel
{
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadCancelNow) object:nil];
    [thread start];
}

- (void)threadCancelNow
{
    int a = 0;
    while (![[NSThread currentThread] isCancelled]) {
        NSLog(@"a - %d", a);
        a++;
        if (a == 5000) {
            NSLog(@"終止循環");
            [[NSThread currentThread] cancel];
            break;
        }
    }
}

程序效果：循環輸出5000次，線程就會被終止。

NSThread線程間通訊－調用主線程修改UI：

只需要傳遞一個selector和它的參數，withObject參數可以為nil，waitUntilDone代表是否要等待調用它的這個線程執行之后再將它從主隊列調出，並在主隊列上運行，通常設為NO，不需要等待。

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

NSThread相關屬性及方法：

// 獲取/設置線程的名字
@property (copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

/**
 *  獲取當前線程的線程對象
 *
 *  通過這個屬性可以查看當前線程是第幾條線程，主線程為1。
 *  可以看到當前線程的序號及名字，主線程的序號為1，依次疊加。
 */
+ (NSThread *)currentThread;

// 線程休眠（秒）
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;

// 線程休眠，指定具體什么時間休眠
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;

// 退出線程 
// 注意：這里會把線程對象銷毀！銷毀后就不能再次啟動線程，否則程序會崩潰。
+ (void)exit;

二、Cocoa operations

1）NSInvocationOperation

創建NSInvocationOperation線程，附帶一個NSString參數：

NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"abc"];
// 需要啟動線程，默認是不啟動的。
[operation start];

如在創建時定義了參數，那么接收的時候，可以對sender進行轉換，如字符串、數組等：

- (void)invocationAction:(NSInvocationOperation *)sender
{
    NSLog(@"sender - %@", sender);      // 輸出params
    NSString *str = (NSString *)sender;
    NSLog(@"str - %@e", str);           // params
}

附帶一提，線程的普通創建一般為並發執行的，因為串行隊列是需要顯式創建的，如沒看見此類代碼，那么即是並發隊列線程，因此，上述代碼也就是並發線程。關於並發和串行隊列（線程），我將會在下面詳細說明，我們繼續往下看。

你也可以使用NSOperationQueue來創建一個線程隊列，用來添加子線程：

NSOperationQueue *invocationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 線程A
NSInvocationOperation *invocationQ1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ1"];

// 線程B
NSInvocationOperation *invocationQ2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ2"];

// 往invocationQueue添加子線程
[invocationQueue addOperations:@[invocationQ1, invocationQ2] waitUntilFinished:YES];

必須使用addOperations:方法把線程添加至隊列，不然線程不會執行，隊列是並行執行。或者，你也可以使用addOperation:方法添加單個線程。

2）NSBlockOperation

創建NSBlockOperation

// 創建線程任務
NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation
                                    blockOperationWithBlock:^{
                                        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
                                        NSLog(@"one - %@", [NSThread currentThread]);
                                    }];;// 執行線程任務
[blockOperation start];

注意：這會在當前的線程中執行，因為它是根據調用的線程所決定的。

比方說你在主線程中運行它，那么它就是在主線程中執行任務。如果你是在子線程中運行它，那么它就是在子線程中執行任務。

做個簡單的實驗，我們新建一條子線程，然后在子線程里調用NSBlockOperation

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation
                                        blockOperationWithBlock:^{
                                            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
                                            NSLog(@"one - %@", [NSThread currentThread]);
                                            // print: one - <NSThread: 0x7f8ac2e1d0b0>{number = 2, name = (null)}
                                        }];;
    
    [blockOperation start];
});

它將打印：one - <NSThread: 0x7f8ac2e1d0b0>{number = 2, name = (null)}，因此這個理論是正確的

我們也可以使它並發執行，通過使用addExecutionBlock方法添加多個Block，這樣就能使它在主線程和其它子線程中工作。

NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation
                                    blockOperationWithBlock:^{
                                        NSLog(@"one - %@", [NSThread currentThread]);
                                    }];;

[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"two - %@", [NSThread currentThread]);
}];

[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"three - %@", [NSThread currentThread]);
}];

[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"four - %@", [NSThread currentThread]);
}];

[blockOperation start];

它將打印：

two - <NSThread: 0x7fea8a70b000>{number = 3, name = (null)}
one - <NSThread: 0x7fea8a558a40>{number = 4, name = (null)}
four - <NSThread: 0x7fea8a406b90>{number = 1, name = main}
three - <NSThread: 0x7fea8a436e40>{number = 2, name = (null)}

大家都看到，即使我們通過使用addExecutionBlock方法使它並發執行任務，但是它也依舊會在主線程執行，因此我們就需要使用NSOperationQueue了。

3）NSOperationQueue

這里介紹一下NSOperation的依賴關系，依賴關系會影響線程的執行順序：

// 創建操作隊列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 線程A
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"op1");
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
}];

// 線程B
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"op2");
}];

// 線程C
NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"op3");
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
}];

// 線程B依賴線程C，也就是等線程C執行完之后才會執行線程B
[op2 addDependency:op3];
// 線程C依賴線程A，同上，只不過依賴對象改成了線程A
[op3 addDependency:op1];

// 為隊列添加線程
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
[queue addOperation:op3];

當你沒添加依賴時，隊列是並行執行的。

注意：依賴關系可以多重依賴，但不要建立循環依賴。

Cocoa operations線程間通信－調用主線程修改UI：

// 創建線程對象（並發）
NSBlockOperation *blockOperation = [[NSBlockOperation alloc] init];

// 添加新的操作
[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"two - %@", [NSThread currentThread]);
}];

// 添加新的操作
[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"three - %@", [NSThread currentThread]);
    // 在主線程修改UI
    NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        [self editUINow];
    }];
}];

[blockOperation start];

NSOperation方法及屬性：

// 設置線程的最大並發數
@property NSInteger maxConcurrentOperationCount;

// 線程完成后調用的Block
@property (copy) void (^completionBlock)(void);

// 取消線程
- (void)cancel;

只列舉上面那些，其它的方法就不全列出來了。

注意：在NSOperationQueue類中，我們可以使用cancelAllOperations方法取消所有的線程。這里需要說明一下，不是執行cancelAllOperations方法時就會馬上取消，是等當前隊列執行完，下面的隊列不會再執行。

三、Grand Central Dispatch （GCD）

1）GCD異步線程的創建：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"線程 - %@", [NSThread currentThread]);
});

GCD也可以創建同步的線程，只需要把async改成sync即可。

2）重復執行線程：dispatch_apply

以下代碼會執行4次：

dispatch_apply(4, DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, ^(size_t index) {
    // index則為執行的次數 0開始遞增
    NSLog(@"one - %ld", index);
});

index參數為執行的次數，從0開始遞增。

其中需要注意的是，每次執行都會新開辟一條子線程，因為是異步的原因，它們不會是順序的。

[657:159159] one - 0, thread - <NSThread: 0x100110b50>{number = 1, name = main}
[657:159191] one - 2, thread - <NSThread: 0x103800000>{number = 2, name = (null)}
[657:159192] one - 3, thread - <NSThread: 0x100112b90>{number = 3, name = (null)}
[657:159190] one - 1, thread - <NSThread: 0x100501180>{number = 4, name = (null)}

然而，GCD還有一次性執行的方法：

dispatch_once_t once;
dispatch_once(&once, ^{
    NSLog(@"once - %@", [NSThread currentThread]); // 主線程
});

它通常用於創建單例。

3）操作隊列：dispatch_queue_create

使用GCD也能創建串行隊列，具體代碼如下：

/**
 *  GCD創建串行隊列
 *
 *  @param "com.GarveyCalvin.queue"  隊列字符串標識
 *  @param DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 可選的，可以是NULL
 *
 *  @return dispatch_queue_t
 */
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.GarveyCalvin.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// 線程A
dispatch_async(queue, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1];
    NSLog(@"sleep async - %@", [NSThread currentThread]);
});

// 線程B
dispatch_barrier_async(queue, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:3];
    NSLog(@"sleep barrier2 - %@", [NSThread currentThread]);
});

// 線程C
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"async");
});

運行效果：以上會先執行線程A－》線程B－》線程C，它是一個串行隊列。

dispatch_queue_create的第二個參數：

1）DISPATCH_QUEUE_SERIAL(串行)

2）DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT(並發)

4）GCD群組通知：dispatch_group_t

GCD的高級用法，等所有線程都完成工作后，再作通知。

// 創建群組
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

// 線程A
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"group1");
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
});

// 線程B
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"group2");
});

// 待群組里的線程都完成之后調用的通知
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"group success");
});

群組里的線程也是並行隊列。線程A和線程B都執行完之后，會調用通知打印group success。

5）GCD實現計時器

__block int time = 30;
CGFloat reSecond = 1.0;
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, reSecond * NSEC_PER_SEC, 0);
dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
    time--;
    NSLog(@"%d", time);
    if (time == 0) {
        dispatch_source_cancel(timer);
    }
});
dispatch_resume(timer);

代碼效果：創建了一個計時器，計時器運行30秒，每過一秒會調用一次block，我們可以在block里面寫代碼。因為dispatch_source_t默認是掛起狀態，因此我們使用時需要使用dispatch_resume方法先恢復，不然線程不會執行。

GCD線程間通信－調用主線程修改UI：

有時候我們請求后台作數據處理，數據處理是異步的，數據處理完成后需要更新UI，這時候我們需要切換到主線程修改UI，例子如下：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"異步數據處理 - %@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"數據處理完成");
    
    // 調用主線程更新UI
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"更新UI - %@", [NSThread currentThread]);
        [self editUINow];
    });
});

因為是在主線程修改UI，所以我們最好是使用同步的GCD方法dispatch_sync。但這還不夠，我們還需要使用dispatch_get_main_queue()方法來獲得主線程，之后就是作UI的更新工作了。

GCD方法及屬性：

// 獲取主線程
dispatch_get_main_queue()

// 創建隊列：第一個參數是隊列的名稱，它會出現在調試程序等之中，是個內部名稱。第二個參數代表它是串行隊列還是並並發隊列，NULL代表串行隊列。
dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr);

// 創建異步調度隊列
void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

// 恢復隊列
void dispatch_resume(dispatch_object_t object);

// 暫停隊列
void dispatch_suspend(dispatch_object_t object);

小結：本文主要介紹了IOS三種線程對比及其使用方法。需要特別注意的是，在修改任何有關於UI的東西，我們必須要切換至主線程，在主線程里修改UI，避免不必要的麻煩產生。蘋果是推薦我們使用GCD，因為GCD是這三種里面抽象級最高的，使用起來也簡單，也是消耗資源最低的，並且它執行效率比其它兩種都高。因此，能夠使用GCD的地方，盡量使用GCD。

6）后台運行

使用block的另一個好處是可以讓程序在后台較久地運行。在以前，當應用被按Home鍵退出后，應用僅有最多5秒的時間做一些保存或清理資源的工作。但是如果使用GCD，你可以讓你的應用最多有10分鍾的時間在后台長久運行。這個時間可以用來做各種事情，包括清理本地緩存、發送統計數據等工作。

AppDelegate.h
@interface AppDelegate ()

@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backGroundUpdate;

@end

AppDelegate.m
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application {
    [self beginBackGroundUpdate];
   // 需要長久運行的代碼
    [self endBackGroundUpdate];
}

- (void)beginBackGroundUpdate
{
    self.backGroundUpdate = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{
        [self endBackGroundUpdate];
    }];
}

- (void)endBackGroundUpdate
{
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:self.backGroundUpdate];
    self.backGroundUpdate = UIBackgroundTaskInvalid;
}

建議大家在真機上測試，因為筆者在模擬器測試了24分鍾還有效。

7）延遲執行

如果我們想要某段代碼延遲執行，那么可以使用dispatch_after ，但是有一個缺點是，當提交代碼后（代碼執行后），我們不能取消它，它將會運行。另外，我們可以使用 NSTimer 進行延時操作，值得一提，它是可以被取消的。

dispatch_time_t time_t = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(time * NSEC_PER_SEC));
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_after(time_t, queue, ^{
    NSLog(@"hahalo");
});

比較多線程技術

一、Thread：

優點：量級較輕。

缺點：需要自己管理線程的生命周期，線程同步。線程同步對數據的加鎖會有一定的系統開銷。

二、Cocoa operations：

優點：不需要關心線程管理，數據同步的事情，可以把精力放在自己需要執行的操作上。

三、Grand Central Dispatch （GCD）：

優點：GCD基於C的API，非常底層，可以充分利用多核，能夠輕松在多核系統上高效運行並發代碼，也是蘋果推薦使用的多線程技術。

本文參考：

iOS多線程開發

GCD的另一個用處是可以讓程序在后台較長久的運行。

全面掌握iOS多線程攻略 —— PS：這個攻略較多，但是有很多重復的內容。