玩转iOS开发 - 多线程开发

前言

本文主要介绍iOS多线程开发中使用的主要技术：NSOperation, GCD。 NSThread, pthread。 内容依照开发中的优先推荐使用的顺序进行介绍，涉及多线程底层知识比較多的NSThread, pthread 放到了后面。建议小伙伴们先看文件夹。依据自己的需求来阅读。

NSOperation

简单介绍

使用NSOperation和NSOperationQueue能简单高效的实现多线程编程

NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的详细步骤：

（1）先将须要运行的操作封装到一个NSOperation对象中

（2）然后将NSOperation对象加入到NSOperationQueue中

（3）系统会⾃动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来

（4）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

（1）不能直接使用（方法没有实现）

（2）约束子类都具有共同的属性和方法

使用NSOperation⼦类的方式有3种：

（1）NSInvocationOperation

（2）NSBlockOperation

（3）自己定义子类继承NSOperation,实现内部对应的⽅法

NSInvocationOperation

创建NSInvocationOperation 对象

    - (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;

调用start 方法開始运行操作

- (void)start;

一旦运行操作，就会调用target 的 selector 方法

注意：

默认情况下，调用start方法后并不会开一条新线程去运行操作，而是当前线程同步运行操作；仅仅有将NSOperation 加入到NSOperationQuene中。才会异步运行操作；

1. 运行操作

//创建操作
NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector: @selector(downloadFile:) object:@"fileName"]; //在当前线

//程运行方法(開始运行操作)
[op start]; 

2. 把操作加入到队列(并開始异步运行)

//创建操作
NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector: @selector(downloadFile:) object:@"fileName"]; 

//将操作加入到队列,会自己主动异步调用方法
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperation:op]; 

- (void)downloadFile:(id)object
{
    NSLog(@"下载:%@----线程:%@",object,[NSThread currentThread]);
} 

3. 开启多个线程,不会顺序运行

我们要记住：

NSOperation是对GCD的封装。而GCD并发队列,异步运行。

//队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    //创建操作
    NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector: @selector(downloadFile:) object:@(i)]; 

    //将操作加入到队列,会自己主动异步调用方法
    [queue addOperation:op];
} 

- (void)downloadFile:(id)object
{
    NSLog(@"下载:%@----线程:%@",object,[NSThread currentThread]);
}

注意：

默认情况下。假设操作没有放到队列中queue中，都是同步运行。仅仅有将NSOperation放到一个NSOperationQueue中,才会异步运行操作

加入操作到NSOperationQueue中

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

NSBlockOperation

创建NSBlockOperation对象

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

通过addExecutionBlock 方法加入很多其它的操作

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

注意：仅仅要在NSBlockOperation封装的操作数>1, 就会一步运行操作；

1. NSBlockOperation

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

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
        //创建操作
        NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"down %d %@",i,[NSThread currentThread]);
        }];         

        //把操作加入到队列中
        [queue addOperation:op];
} 

2. NSOperationQueue加入block的operation

以下我们直接把操作的block代码块加到队列中，是不是代码更简洁啦，block是不是用起来非常爽-_-

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

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    [queue addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"down %d %@",i,[NSThread currentThread]);
    }];
} 

3. 全局操作队列

以下我们定义一个全局队列来调度全部的异步操作

@property (nonatomic, strong) NSOperationQueue *queue; 

//懒载入队列
- (NSOperationQueue *)queue
{
    if (_queue == nil)
    {
        _queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    } 

    return _queue;
}

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    [self.queue addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"down %d %@",i,[NSThread currentThread]);
    }];
} 

4. 监听操作完毕

[op1 setCompletionBlock:^{
    NSLog(@".....");
}]; 

并发数

• 并发数:同一时候执⾏行的任务数.比方,同一时候开3个线程运行3个任务,并发数就是3
• 最大并发数：同一时间最多仅仅能运行的任务的个数。

最⼤大并发数的相关⽅方法

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

注意：

• 假设没有设置最大并发数。那么并发的个数是由系统内存和CPU决定的，可能内存多就会开多一点。内存少就开少一点。

• num的值并不代表线程的个数，仅仅代表线程的ID。

• 最大并发数不要乱写（5以内）。不要开太多。一般以2~3为宜，由于尽管任务是在子线程进行处理的，可是cpu处理这些过多的子线程可能会影响UI，让UI变卡。

- (void)demo
{
    self.queue.maxConcurrentOperationCount = 3;

    for (int i=1; i<50; i++)
    {
        [self.queue addOperationWithBlock:^{
            [NSThread sleepForTimeInterval:3.0];
            NSLog(@"====%@===%d",[NSThread currentThread],i);
    }];

    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    }
}

不加最大并发数：

• 此时会创建非常多线程,线程数越多说明线程池更大了。

  可是线程越多越耗资源,分配线程的时间也就越多。所以使用线程的时候要合适最好

• GCD通常仅仅会开启5~6个线程

• 通过设置sleepForTimeInterval能够延迟线程运行时间，也能够降低线程数。可是一来于操作的运行时间。

加入最大并发数：

• 把操作加入到队列

[ self.queue addOperationWithBlock]

• 去线程池去取空暇的线程,假设没有就创建线程

• 把操作交给从线程池中取出的线程运行

• 运行完毕后,把线程再放回线程池中

• 反复2,3,4直到全部的操作都运行完

队列的取消，暂停和恢复

取消队列的全部操作

- (void)cancelAllOperations;

提⽰:

也能够调用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; //当前状态

暂停和恢复的适用场合

在tableview界面，开线程下载远程的网络界面，对UI会有影响。使用户体验变差。那么这样的情况。就能够设置在用户操作UI（如滚动屏幕）的时候。暂停队列（不是取消队列），停止滚动的时候，恢复队列。

演示样例代码-摇奖机

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UILabel *lbl0;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UILabel *lbl1;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UILabel *lbl2;

@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIButton *btn;
//全局队列
@property (nonatomic, strong) NSOperationQueue *queue;

- (IBAction)start:(UIButton *)sender;
@end

@implementation ViewController

//队列懒载入-> 假设没有初始话queue, 则不会有队列生成，程序不会有响应
- (NSOperationQueue *)queue
{
    if (_queue == nil)
    {
        _queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    }
    return _queue;
}

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
}

- (IBAction)start:(UIButton *)sender
{
    //首先要推断队列是否为空->推断队列是否是挂起状态时,并不会推断队列中是否有操作
    if(self.queue.operationCount == 0)
    {
        //假设操作为空，说明运行摇奖，同一时候開始button变暂停
        [self.queue addOperationWithBlock:^{
            [self random];
        }];
        [self.btn setTitle:@"停止" forState:UIControlStateNormal];
        //当前队列运行。不被挂起
        self.queue.suspended = NO;

    }
    else if(self.queue.isSuspended)
    {
        //假设当前是挂起状态->開始队列->btn：暂停
        self.queue.suspended = NO;
        [self.btn setTitle:@"停止" forState:UIControlStateNormal];
    }
    else
    {
        //假设当前是运行状态->暂停队列->btn：開始
        self.queue.suspended = YES;
        [self.btn setTitle:@"開始" forState:UIControlStateNormal];
    }

}

- (void)random
{
    //假设单签队列没有挂起
    while (![NSOperationQueue currentQueue].isSuspended)
    {
        int num = arc4random_uniform(10);
        int num1 = arc4random_uniform(10);
        int num2 = arc4random_uniform(10);

        [NSThread sleepForTimeInterval:0.05];

        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            self.lbl0.text = [NSString stringWithFormat:@"%d",num];
            self.lbl1.text = [NSString stringWithFormat:@"%d",num1];
            self.lbl2.text = [NSString stringWithFormat:@"%d",num2];
        }];
    }
}
@end

操作优先级

设置NSOperation在queue中的优先级,能够改变操作的执⾏优先级

- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;
- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;

优先级的取值

• NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,

• NSOperationQueuePriorityLow = -4L,

• NSOperationQueuePriorityNormal = 0,

• NSOperationQueuePriorityHigh = 4,

• NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8

说明：优先级高的任务，调用的几率会更大。

操作依赖

NSOperation之间能够设置依赖来保证运行顺序。⽐如一定要让操作A运行完后,才干运行操作B：

[opB addDependency:opA];

能够在不同queue的NSOperation之间创建依赖关系

注意:

不能循环依赖（不能A依赖于B，B又依赖于A）

1. 模拟软件的部分升级

/*=======依赖关系========*/
/**
*模拟软件的部分升级:下载->解压->通知用户升级
*/
//下载压缩包-> 操作
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"下载 %@",[NSThread currentThread]);
}];

//解压,拷贝到对应文件夹
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"解压 %@",[NSThread currentThread]);
}];

//通知用户
NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"通知用户升级完毕 %@",[NSThread currentThread]);
}];

//设置操作的依赖关系
[op2 addDependency:op1];
[op3 addDependency:op2];

//加入操作
/**
*waitUntilFinished YES 等待全部的操作运行完毕 会堵塞窗口的运行
*waitUntilFinished NO 不等待
*/
[self.queue addOperations:@[op1,op2,op3] waitUntilFinished:NO];
NSLog(@"over");

循环依赖

发生循环依赖,程序不会死锁。界面也不会堵塞,操作不会运行

[op2 addDependency:op1];

[op3 addDependency:op2];

[op1 addDependency:op3];

3. 依赖关系能够跨队列运行

[op2 addDependency:op1];
[op3 addDependency:op2];

 //子队列
 [self.queue addOperations:@[op1,op2] waitUntilFinished:NO];
NSLog(@"over");

[[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:op3];

提示

任务加入的顺序并不能够决定运行顺序，运行的顺序取决于依赖。

使用Operation的目的就是为了让开发者不再关心线程。

操作的监听

能够监听一个操作的运行完毕：

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

- (void)demo
{
    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i=1; i<3; i++)
        {
            [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
            NSLog(@"%@==download image = %d",[NSThread currentThread], i);
        }
    }];

    [self.queue addOperation:op];

    op.completionBlock =^{
        NSLog(@"finishing download image, do ot
her things");
    };

    NSLog(@"%@====I'm later than downloading image",[NSThread currentThread]);
}

注意：

• 下载图片的操作在子线程中运行，op仅仅是加入到队列里了。至于什么时候运行须要等待对应的线程；

• 因此第三个输出出如今最前面。且在主线程中。

• completionBlock中的操作要等待下载图片完毕。

GCD和NSOperation的比較

GCD

• GCD是iOS4.0推出的 ,主要针对多核cpu做了优化,是C语言的技术
• GCD是将任务(block)加入到队列(串行/并行/全局/主队列),而且以同步/异步的方式运行任务的函数

GCD提供了一些NSOperation不具备的功能

• 一次性运行
• 延迟运行
• 调度组

NSOperation

• NSOperation是iOS2.0推出的,iOS4之后重写了NSOperation
• NSOperation将操作(异步的任务)加入到队列(并发队列),就会运行指定操作的函数

NSOperation里提供的方便的操作 ：

• 最大并发数
• 队列的暂停/继续
• 取消全部的操作
• 指定操作之间的依赖关系(GCD能够用同步实现)

困了,待续,最近更新……

GCD

NSThread

Pthread