iOS基础 - 多线程线程

一、多线程的应用

l 充分发挥多核处理器的优势，并发（同时执行）执行任务让系统运行的更快、更流畅

二、进程与线程概念

l 一个运行的程序就是一个进程或者叫做一个任务

l 一个进程至少包含一个线程，线程是程序的执行流

l iOS程序启动时，在创建一个进程的同时，会开始运行一个线程，该线程被称为主线程

l 主线程是其他线程最终的父线程，所有界面的显示操作必须在主线程进行！！！

l 后台线程无法更新UI界面和响应用户点击事件

l 系统中的每一个进程都有自己独立的虚拟内存空间，而同一个进程中的多个线程则共用进程的内存空间

l 每创建一个新的线程，都会消耗一定内存和CPU时间

l 当多个线程对同一个资源出现争夺的时候需要注意线程安全问题

三、多线程的优势与难点

l 优势

充分发挥多核处理器优势，将不同线程任务分配给不同的处理器，真正进入“并行运算”状态
将耗时、轮询或者并发需求高等任务分配到其他线程执行，并由主线程负责统一更新界面会使得应用程序更加流畅，用户体验更好
当硬件处理器的数量增加，程序会运行更快，而无需做任何调整

l 难点

共享资源的“争夺”
多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了通过提高资源使用效率来提高系统的整体性能

四、多线程使用注意事项

l 线程使用不是无节制的

iOS中的主线程的堆栈大小是1M
从第二个线程开始都是512KB
这些数值不能通过编译器开关或线程API函数更改

l 只有主线程有直接修改UI的能力

五、iOS的三种多线程技术

l NSThread 每个NSThread对象对应一个线程，量级较轻（真正的多线程）

l 以下两点是苹果专门开发的“并发”技术，使得程序员可以不再去关心线程的具体使用问题

NSOperation/NSOperationQueue 面向对象的线程技术
GCD —— Grand Central Dispatch（派发）是基于C语言的框架，可以充分利用多核，是苹果推荐使用的多线程技术

以上这三种编程方式从上到下，抽象度层次是从低到高的，抽象度越高的使用越简单，也是Apple最推荐使用的。但是就目前而言，iOS的开发者，需要了解三种多线程技术的基本使用过程。因为很多框架技术分别使用了不同多线程技术。

六、三种多线程技术的对比

l NSThread:

优点：NSThread 比其他两个轻量级，使用简单
缺点：需要自己管理线程的生命周期、线程同步、加锁、睡眠以及唤醒等。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销

l NSOperation：

不需要关心线程管理，数据同步的事情，可以把精力放在自己需要执行的操作上
NSOperation是面向对象的

l GCD：

Grand Central Dispatch是由苹果开发的一个多核编程的解决方案。iOS4.0+才能使用，是替代NSThread， NSOperation的高效和强大的技术
GCD是基于C语言的

七、NSObject的多线程方法后台线程

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg

通常，由于线程管理相对比较繁琐，而很多耗时的任务又无法知道其准确的完成时间，因此可以使用performSelectorInBackground方法直接新建一个后台线程，并将选择器指定的任务在后台线程执行，而无需关心具体的NSThread对象

performSelectorInBackground方法本身是在主线程中执行的，而选择器指定的方法是在后台线程中进行的
使用performSelectorInBackground方法调用的任务可以更新UI界面
在大型交互式游戏中，通常使用此方法在后台线程播放音效

八、@autoreleasepool

l 内存管理对于多线程非常重要

l Objective-C可以凭借@autoreleasepool使用内存资源，并需要时回收资源

l 每个线程都需要有@autoreleasepool，否则可能会出现内存泄漏

九、NSObject的多线程方法主线程

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

如果要更新UI界面，可以在后台线程中调用performSelectorOnMainThread方法

尽管使用performSelectorInBackground方法调用的任务可以更新UI界面，但是在实际开发中，涉及到UI界面的更新操作，还是要使用performSelectorOnMainThread方法，以避免不必要的麻烦

十、NSThread

l 创建线程方法：

+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(id)argument;

- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(id)argument;

l 参数说明：

selector：线程执行的方法，只能有一个参数，不能有返回值

target：selector消息发送的对象

argument：传输给target的唯一参数，也可以是nil

十一、NSOperation & NSOperationQueue

l NSOperation的两个子类

NSInvocationOperation

NSBlockOperation

l 工作原理：

用NSOperation封装要执行的操作

将创建好的NSOperation对象放NSOperationQueue中

启动OperationQueue开始新的线程执行队列中的操作

l 注意事项：

使用多线程时通常需要控制线程的并发数，因为线程会消耗系统资源，同时运行的线程过多，系统会变慢

使用以下方法可以控制并发的线程数量：

(void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

十二、GCD

l GCD是基于C语言的框架

l 工作原理：

让程序平行排队的特定任务，根据可用的处理资源，安排它们在任何可用的处理器上执行任务

要执行的任务可以是一个函数或者一个block

底层是通过线程实现的，不过程序员可以不必关注实现的细节

GCD中的FIFO队列称为dispatch queue，可以保证先进来的任务先得到执行

dispatch_notify 可以实现监听一组任务是否完成，完成后得到通知

l GCD队列：

全局队列：所有添加到主队列中的任务都是并发执行的

串行队列：所有添加到串行队列中的任务都是顺序执行的

主队列：所有添加到主队列中的任务都是在主线程中执行的

十三、获取队列的方法

l 全局队列（可能会开启多条线程）

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

l 串行队列（只可能会开启一条线程）

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

l 主队列

dispatch_get_main_queue();

十四、GCD任务的执行方式同步&异步

l 异步操作

dispatch_async 在其他线程执行任务，会开启新的线程

异步方法无法确定任务的执行顺序

l 同步操作

dispatch_sync 在当前在当前线程执行任务，不开启新的线程

同步操作与队列无关

同步方法会依次执行，能够决定任务的执行顺序

更新界面UI时，最好使用同步方法

十五、GCD的优点

l 充分利用多核

l 所有的多线程代码集中在一起，便于维护

l GCD中无需使用@autoreleasepool

l 如果要顺序执行，可以使用dispatch_sync同步方法

l dispatch_async无法确定任务的执行顺序

十六、单例模型

l 目的：

保证在内存中永远只有类的单个实例

l 建立方法：

声明一个静态成员变量，记录唯一实例

重写allocWithZone方法

allocWithZone方法是对象分配内存空间时，最终会调用的方法，重写该方法，保证只会分配一个内存空间

建立sharedXXX类方法，便于其他类访问

互斥锁的目的，一次只让一个线程访问资源，从而达到资源的线程安全。