***线程,GCD,runloop(1)

2017-07-07  本文已影响0人  minking1982

文章主要从几个方面来整理

1、线程介绍
2、GCD的使用
3、多线程编程的多种方式
4、线程同步和线程安全
5、runloop如何进行线程间的交互
6、一些常用知识点

第一篇:线程

1.1 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
241224432836121.png

比如同时打开QQ、Xcode,系统就会分别启动2个进程
通过“活动监视器”可以查看Mac系统中所开启的进程

1.2 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)
线程是进程的基本执行单元,一个进程(程序)的所有任务都在线程中执行
比如使用酷狗播放音乐、使用迅雷下载电影,都需要在线程中执行
241225080809896.png

1.3 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
比如在1个线程中下载3个文件(分别是文件A、文件B、文件C)

1.4 多线程

1.4.1 什么是多线程

      1个进程中可以开启多条线程,每条线程可以并行(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
      比如同时开启3条线程分别下载3个文件(分别是文件A、文件B、文件C)

1.4.2 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)

1.4.3 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
            开启线程需要占用一定的内存空间(默认情况下,主线程占用1M,子线程占用                
            512KB),如果开启大量的线程,会占用大量的内存空间,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  

1.4.4 多线程在iOS开发中的应用

      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)
      ios中为什么UI操作要在主线程?
      因为iOS中UI组件非线程安全的,如果放在辅助线程中操作必然可能导致线程之间        
      的竞争,会导致问题。
      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

第二篇:GCD的使用

2.1 GCD简介

2.1.1 什么是GCD呢?

      Grand Central Dispatch (GCD) 是Apple开发的一个多核编程的较新的解决方法。                
      它主要用于优化应用程序以支持多核处理器以及其他对称多处理系统。它是一个在 
      线程池模式的基础上执行的并行任务。在Mac OS X 10.6雪豹中首次推出,也可以
      IOS 4及以上版本使用。

2.1.2 GCD的优点

2.2 任务和队列

任务就是执行操作的意思,换句话说就是你在线程中执行的那段代码。在GCD中是放在block中的。执行任务有两种方式:同步执行和异步执行。两者的主要区别是:是否具备开启新线程的能力。

队列这里的队列指任务队列,即用来存放任务的队列。队列是一种特殊的线性表,采用FIFO(先进先出)的原则,即新任务总是被插入到队列的末尾,而读取任务的时候总是从队列的头部开始读取。每读取一个任务,则从队列中释放一个任务。在GCD中有两种队列:串行队列和并发队列。

2.3 GCD使用步骤

GCD的使用步骤其实很简单,只有两步。

创建一个队列(串行队列或并发队列)
将任务添加到队列中,然后系统就会根据任务类型执行任务(同步执行或异步执行)
下边来看看队列的创建方法和任务的创建方法。

2.3.1 队列的创建

// 串行队列的创建方法
dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("test.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 并发队列的创建方法
dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("test.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

2.3.2 任务的创建方法

// 同步执行任务创建方法
dispatch_sync(queue, ^{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);    // 这里放任务代码
});
// 异步执行任务创建方法
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);    // 这里放任务代码
});

虽然使用GCD只需两步,但是既然我们有两种队列,两种任务执行方式,那么我们就有了四种不同的组合方式。这四种不同的组合方式是

那么这几种不同组合方式各有什么区别呢,这里为了方便,先上结果,再来讲解。为图省事,直接查看表格结果


屏幕快照 2017-07-06 下午1.05.43.png

2.4 GCD的使用

并发队列的两种使用方法

2.4.1 并发队列 + 同步执行

- (void) syncConcurrent
{
    NSLog(@"syncConcurrent---begin");
    dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("test.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"1------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"2------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"3------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    NSLog(@"syncConcurrent---end");
}

输出结果:

2016-09-03 19:22:27.577 GCD[11557:1897538] syncConcurrent---begin
2016-09-03 19:22:27.578 GCD[11557:1897538] 1------<NSThread: 0x7f82a1d058b0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:22:27.578 GCD[11557:1897538] 1------<NSThread: 0x7f82a1d058b0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:22:27.578 GCD[11557:1897538] 2------<NSThread: 0x7f82a1d058b0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:22:27.579 GCD[11557:1897538] 2------<NSThread: 0x7f82a1d058b0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:22:27.579 GCD[11557:1897538] 3------<NSThread: 0x7f82a1d058b0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:22:27.579 GCD[11557:1897538] 3------<NSThread: 0x7f82a1d058b0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:22:27.579 GCD[11557:1897538] syncConcurrent---end

2.4.2 并发队列 + 异步执行

- (void) asyncConcurrent
{
    NSLog(@"asyncConcurrent---begin");

    dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("test.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"1------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"2------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"3------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });

    NSLog(@"asyncConcurrent---end");
}

输出结果

    2016-09-03 19:27:31.503 GCD[11595:1901548] asyncConcurrent---begin
    2016-09-03 19:27:31.504 GCD[11595:1901548] asyncConcurrent---end
    2016-09-03 19:27:31.504 GCD[11595:1901626] 1------<NSThread:     0x7f8309c22080>{number = 2, name = (null)}
    2016-09-03 19:27:31.504 GCD[11595:1901625] 2------<NSThread:     0x7f8309f0b790>{number = 4, name = (null)}
    2016-09-03 19:27:31.504 GCD[11595:1901855] 3------<NSThread: 0x7f8309e1a950>{number = 3, name = (null)}
    2016-09-03 19:27:31.504 GCD[11595:1901626] 1------<NSThread: 0x7f8309c22080>{number = 2, name = (null)}
    2016-09-03 19:27:31.504 GCD[11595:1901625] 2------<NSThread: 0x7f8309f0b790>{number = 4, name = (null)}
    2016-09-03 19:27:31.505 GCD[11595:1901855] 3------<NSThread: 0x7f8309e1a950>{number = 3, name = (null)}

2.4.3 串行队列 + 同步执行

 (void) syncSerial
{
    NSLog(@"syncSerial---begin");

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"1------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });    
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"2------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"3------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });

    NSLog(@"syncSerial---end");
}
输出结果为:
2016-09-03 19:29:00.066 GCD[11622:1903904] syncSerial---begin
2016-09-03 19:29:00.067 GCD[11622:1903904] 1------<NSThread: 0x7fa2e9f00980>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:29:00.067 GCD[11622:1903904] 1------<NSThread: 0x7fa2e9f00980>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:29:00.067 GCD[11622:1903904] 2------<NSThread: 0x7fa2e9f00980>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:29:00.067 GCD[11622:1903904] 2------<NSThread: 0x7fa2e9f00980>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:29:00.067 GCD[11622:1903904] 3------<NSThread: 0x7fa2e9f00980>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:29:00.068 GCD[11622:1903904] 3------<NSThread: 0x7fa2e9f00980>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:29:00.068 GCD[11622:1903904] syncSerial---end

2.4.4 串行队列 + 异步执行

 (void) asyncSerial
{
    NSLog(@"asyncSerial---begin");

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"1------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"2------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"3------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });

    NSLog(@"asyncSerial---end");
}
输出结果为:
2016-09-03 19:30:08.363 GCD[11648:1905817] asyncSerial---begin
2016-09-03 19:30:08.364 GCD[11648:1905817] asyncSerial---end
2016-09-03 19:30:08.364 GCD[11648:1905895] 1------<NSThread: 0x7fb548c0e390>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:30:08.364 GCD[11648:1905895] 1------<NSThread: 0x7fb548c0e390>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:30:08.364 GCD[11648:1905895] 2------<NSThread: 0x7fb548c0e390>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:30:08.364 GCD[11648:1905895] 2------<NSThread: 0x7fb548c0e390>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:30:08.365 GCD[11648:1905895] 3------<NSThread: 0x7fb548c0e390>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:30:08.365 GCD[11648:1905895] 3------<NSThread: 0x7fb548c0e390>{number = 2, name = (null)}

2.4.5 主队列 + 同步执行

- (void)syncMain
{
    NSLog(@"syncMain---begin");

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"1------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"2------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"3------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });   

    NSLog(@"syncMain---end");
}

输出结果
2016-09-03 19:32:15.356 GCD[11670:1908306] syncMain---begin

这时候,我们惊奇的发现,在主线程中使用主队列 + 同步执行,任务不再执行了,而且syncMain---end也没有打印。这是为什么呢?

这是因为我们在主线程中执行这段代码。我们把任务放到了主队列中,也就是放到了主线程的队列中。而同步执行有个特点,就是对于任务是立马执行的。那么当我们把第一个任务放进主队列中,它就会立马执行。但是主线程现在正在处理syncMain方法,所以任务需要等syncMain执行完才能执行。而syncMain执行到第一个任务的时候,又要等第一个任务执行完才能往下执行第二个和第三个任务。

那么,现在的情况就是syncMain方法和第一个任务都在等对方执行完毕。这样大家互相等待,所以就卡住了,所以我们的任务执行不了,而且syncMain---end也没有打印。

要是如果不再主线程中调用,而在其他线程中调用会如何呢?

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_async(queue, ^{
    [self syncMain];
});
输出结果:
2016-09-03 19:32:45.496 GCD[11686:1909617] syncMain---begin
2016-09-03 19:32:45.497 GCD[11686:1909374] 1------<NSThread: 0x7faef2f01600>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:32:45.498 GCD[11686:1909374] 1------<NSThread: 0x7faef2f01600>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:32:45.498 GCD[11686:1909374] 2------<NSThread: 0x7faef2f01600>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:32:45.498 GCD[11686:1909374] 2------<NSThread: 0x7faef2f01600>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:32:45.499 GCD[11686:1909374] 3------<NSThread: 0x7faef2f01600>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:32:45.499 GCD[11686:1909374] 3------<NSThread: 0x7faef2f01600>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:32:45.499 GCD[11686:1909617] syncMain---end

2.4.6 主队列 + 异步执行

- (void)asyncMain
{
    NSLog(@"asyncMain---begin");

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"1------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"2------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            NSLog(@"3------%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });  

    NSLog(@"asyncMain---end");
}
输出结果:
2016-09-03 19:33:54.995 GCD[11706:1911313] asyncMain---begin
2016-09-03 19:33:54.996 GCD[11706:1911313] asyncMain---end
2016-09-03 19:33:54.996 GCD[11706:1911313] 1------<NSThread: 0x7fb623d015e0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:33:54.997 GCD[11706:1911313] 1------<NSThread: 0x7fb623d015e0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:33:54.997 GCD[11706:1911313] 2------<NSThread: 0x7fb623d015e0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:33:54.997 GCD[11706:1911313] 2------<NSThread: 0x7fb623d015e0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:33:54.997 GCD[11706:1911313] 3------<NSThread: 0x7fb623d015e0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:33:54.997 GCD[11706:1911313] 3------<NSThread: 0x7fb623d015e0>{number = 1, name = main}

2.4.7 GCD线程之间的通讯

在iOS开发过程中,我们一般在主线程里边进行UI刷新,例如:点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程,比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时,需要回到主线程,那么就用到了线程之间的通讯。

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        NSLog(@"1------%@",[NSThread currentThread]);
    }

    // 回到主线程
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"2-------%@",[NSThread currentThread]);
    });
});
输出结果:
2016-09-03 19:34:59.165 GCD[11728:1913039] 1------<NSThread: 0x7f8319c06820>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:34:59.166 GCD[11728:1913039] 1------<NSThread: 0x7f8319c06820>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:34:59.166 GCD[11728:1912961] 2-------<NSThread: 0x7f8319e00560>{number = 1, name = main}

2.4.7 GCD的其他方法

- (void)barrier
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("12312312", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"----1-----%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"----2-----%@", [NSThread currentThread]);
    });

    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"----barrier-----%@", [NSThread currentThread]);
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"----3-----%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"----4-----%@", [NSThread currentThread]);
    });
}
输出结果:
2016-09-03 19:35:51.271 GCD[11750:1914724] ----1-----<NSThread: 0x7fb1826047b0>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:35:51.272 GCD[11750:1914722] ----2-----<NSThread: 0x7fb182423fd0>{number = 3, name = (null)}
2016-09-03 19:35:51.272 GCD[11750:1914722] ----barrier-----<NSThread: 0x7fb182423fd0>{number = 3, name = (null)}
2016-09-03 19:35:51.273 GCD[11750:1914722] ----3-----<NSThread: 0x7fb182423fd0>{number = 3, name = (null)}
2016-09-03 19:35:51.273 GCD[11750:1914724] ----4-----<NSThread: 0x7fb1826047b0>{number = 2, name = (null)}

可以看出在执行完栅栏前面的操作之后,才执行栅栏操作,最后再执行栅栏后边的操作。

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 2秒后异步执行这里的代码...
   NSLog(@"run-----");
});
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)
});
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

dispatch_apply(6, queue, ^(size_t index) {
    NSLog(@"%zd------%@",index, [NSThread currentThread]);
});
输出结果:
2016-09-03 19:37:02.250 GCD[11764:1915764] 1------<NSThread: 0x7fac9a7029e0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:37:02.250 GCD[11764:1915885] 0------<NSThread: 0x7fac9a614bd0>{number = 2, name = (null)}
2016-09-03 19:37:02.250 GCD[11764:1915886] 2------<NSThread: 0x7fac9a542b20>{number = 3, name = (null)}
2016-09-03 19:37:02.251 GCD[11764:1915764] 4------<NSThread: 0x7fac9a7029e0>{number = 1, name = main}
2016-09-03 19:37:02.250 GCD[11764:1915884] 3------<NSThread: 0x7fac9a76ca10>{number = 4, name = (null)}
2016-09-03 19:37:02.251 GCD[11764:1915885] 5------<NSThread: 0x7fac9a614bd0>{number = 2, name = (null)}

从输出结果中前边的时间中可以看出,几乎是同时遍历的。

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...
});

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