IOS高级工程师成长之路 -- 中级篇 《多线程详解一之整体介绍

2018-10-09  本文已影响0人  IT小菜逼

本文主要是分享iOS多线程的相关内容，为了更系统的讲解，将分为以下7个方面来展开描述。

  1. 多线程的基本概念
  2. 线程的状态与生命周期
  3. 多线程的四种解决方案：pthread，NSThread，GCD，NSOperation
  4. 线程安全问题
  5. NSThread的使用
  6. GCD的理解与使用
  7. NSOperation的理解与使用

一、多线程的基本概念

二、线程的状态与生命周期

下图是线程状态示意图，从图中可以看出线程的生命周期是：新建 - 就绪 - 运行 - 阻塞 - 死亡 1499394752139363.png

下面分别阐述线程生命周期中的每一步

三、多线程的四种解决方案

多线程的四种解决方案分别是：pthread，NSThread，GCD， NSOperation。

下图是对这四种方案进行了解读和对比。 1499394732413995.png

四、线程安全问题

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。就好比几个人在同一时修改同一个表格，造成数据的错乱。

解决多线程安全问题的方法

@synchronized(锁对象) {
// 需要锁定的代码
}

判断的时候锁对象要存在，如果代码中只有一个地方需要加锁，大多都使用self作为锁对象，这样可以避免单独再创建一个锁对象。
加了互斥做的代码，当新线程访问时，如果发现其他线程正在执行锁定的代码，新线程就会进入休眠。

属性修饰atomic本身就有一把自旋锁。

下面说一下属性修饰nonatomic 和 atomic

nonatomic 非原子属性,同一时间可以有很多线程读和写
atomic 原子属性(线程安全)，保证同一时间只有一个线程能够写入(但是同一个时间多个线程都可以取值)，atomic 本身就有一把锁(自旋锁)
atomic：线程安全，需要消耗大量的资源
nonatomic：非线程安全，不过效率更高，一般使用nonatomic

五、NSThread的使用

不怎么用，暂时先无视

六、GCD的理解与使用

No.1：GCD的特点

No.2：GCD的基本概念

No.3：GCD的使用

由于有多种队列（串行/并发/主队列）和两种执行方式（同步/异步），所以他们之间可以有多种组合方式。

  1. 串行同步
    执行完一个任务，再执行下一个任务。不开启新线程。
  2. 串行异步
    开启新线程，但因为任务是串行的，所以还是按顺序执行任务。
  3. 并发同步
    因为是同步的，所以执行完一个任务，再执行下一个任务。不会开启新线程。
  4. 并发异步
    任务交替执行，开启多线程。
  5. 主队列同步
    如果在主线程中运用这种方式，则会发生死锁，程序崩溃。
    主队列同步造成死锁的原因：
  1. 主队列异步
    在主线程中任务按顺序执行。
  2. GCD线程之间的通讯
    开发中需要在主线程上进行UI的相关操作，通常会把一些耗时的操作放在其他线程，比如说图片文件下载等耗时操作。
    当完成了耗时操作之后，需要回到主线程进行UI的处理，这里就用到了线程之间的通讯。
  3. GCD栅栏
    当任务需要异步进行，但是这些任务需要分成两组来执行，第一组完成之后才能进行第二组的操作。这时候就用了到GCD的栅栏方法dispatch_barrier_async。
- (IBAction)barrierGCD:(id)sender {
 
    // 并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
 
    // 异步执行
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
 
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"------------barrier------------%@", [NSThread currentThread]);
        NSLog(@"******* 并发异步执行，但是34一定在12后面 *********");
    });
 
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步4   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}
  1. GCD延时执行
    当需要等待一会再执行一段代码时，就可以用到这个方法了：dispatch_after。
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 5秒后异步执行
    NSLog(@"我已经等待了5秒！");
});
GCD实现代码只执行一次
使用dispatch_once能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次。可以用来设计单例。
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    NSLog(@"程序运行过程中我只执行了一次！");
});
  1. GCD快速迭代 (无视)
    GCD有一个快速迭代的方法dispatch_apply，dispatch_apply可以同时遍历多个数字。
- (IBAction)applyGCD:(id)sender {
 
    NSLog(@"\n\n************** GCD快速迭代 ***************\n\n");
 
    // 并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
 
    // dispatch_apply几乎同时遍历多个数字
    dispatch_apply(7, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"dispatch_apply：%zd======%@",index, [NSThread currentThread]);
    });
}
  1. GCD队列组
    异步执行几个耗时操作，当这几个操作都完成之后再回到主线程进行操作，就可以用到队列组了。
    队列组有下面几个特点：
- (void)testGroup {
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
 
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"队列组：有一个耗时操作完成！");
    });
 
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"队列组：有一个耗时操作完成！");
    });
 
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"队列组：前面的耗时操作都完成了，回到主线程进行相关操作");
    });
}

七、NSOperation的理解与使用

No.1：NSOperation简介

NSOperation是基于GCD之上的更高一层封装，NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。
NSOperation实现多线程的步骤如下：

  1. 创建任务：先将需要执行的操作封装到NSOperation对象中。
  2. 创建队列：创建NSOperationQueue。
  3. 将任务加入到队列中：将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中。

需要注意的是，NSOperation是个抽象类，实际运用时中需要使用它的子类，有三种方式：

  1. 使用子类NSInvocationOperation
  2. 使用子类NSBlockOperation
  3. 定义继承自NSOperation的子类，通过实现内部相应的方法来封装任务。

注意：

  1. 非主队列（其他队列）可以实现串行或并行。
  2. 队列NSOperationQueue有一个参数叫做最大并发数：maxConcurrentOperationCount。
  3. maxConcurrentOperationCount默认为-1，直接并发执行，所以加入到‘非队列’中的任务默认就是并发，开启多线程。
  4. 当maxConcurrentOperationCount为1时，则表示不开线程，也就是串行。
  5. 当maxConcurrentOperationCount大于1时，进行并发执行。
  6. 系统对最大并发数有一个限制，所以即使程序员把maxConcurrentOperationCount设置的很大，系统也会自动调整。所以把最大并发数设置的很大是没有意义的。

No.2：NSOperation的其他操作

No.3：NSOperation的操作依赖

NSOperation有一个非常好用的方法，就是操作依赖。可以从字面意思理解：某一个操作（operation2）依赖于另一个操作（operation1），只有当operation1执行完毕，才能执行operation2，这时，就是操作依赖大显身手的时候了。

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