iOS POSIX多线程编程

关于多线程的介绍多线程的创建使用场景Runloop可以参考《iOS多线程编程指南》。已上传到GitHub仓库。

这里主要说明线程同步技术的锁,尤其是POSIX互斥锁。已经写成了Demo,可以对照着看。GitHub地址:https://github.com/xiaoL0204/PthreadsDemo
将来也会从项目中提取更多Demo出来,对应不同的多线程知识。

这个Demo适用如下场景:同时向服务器取不同的数据,每次回调以后在子线程中处理数据(要共享数据),在主线程中显示数据。
因为数据的处理是在子线程中,在主线程UITableView reloadData显示数据;必须等到tableView刷新完成以后才能处理下一次数据回调,否则在reload data时数据源修改了会引起崩溃。

对于这样的场景,这里考虑使用条件变量进行线程间同步
原理如下:在数据处理子线程中等待条件成立,若不成立则会一直等待,直到主线程刷新完成并发出激活信号后重新激活数据处理子线程;若成立则不会等待,直接进入主线程刷新UI。

Demo 使用了如下变量和函数:

1、pthread_mutex_t
2、pthread_cond_t
3、pthread_cond_wait()
4、pthread_cond_signal()
5、pthread_join()
它们的含义和使用方法如下:

1、pthread_mutex_t 互斥锁

两种方法创建互斥锁静态方式动态方式

静态方式:

使用宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来初始化互斥锁,属性参数默认:

pthread_mutex_t mutex_t = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

动态方式:

可以指定互斥锁属性:

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * __restrict,
        const pthread_mutexattr_t * _Nullable __restrict);

2、pthread_cond_t 条件变量

运用于线程间同步。一般和pthread_mutex_t一起使用。
可以使用静态方式动态方式初始化条件变量

静态方式:

用宏PTHREAD_COND_INITIALIZER来初始化静态定义的条件变量,使其具有缺省属性

动态方式:

指定条件变量的属性:

int pthread_cond_init(
        pthread_cond_t * __restrict,
        const pthread_condattr_t * _Nullable __restrict)
        __DARWIN_ALIAS(pthread_cond_init);

3、pthread_cond_wait()函数

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t * __restrict,
        pthread_mutex_t * __restrict) __DARWIN_ALIAS_C(pthread_cond_wait);

pthread_cond_wait() 必须与pthread_mutex_t 配套使用。
用于阻塞当前线程,等待别的线程使用 pthread_cond_signal()pthread_cond_broadcast()来唤醒它。
具体来说,就是函数将解锁pthread_mutex_t指向的互斥锁,并使当前线程阻塞在pthread_mutex_t指向的条件变量上。
因此,在使用时,最好的方法是循环调用pthread_cond_wait函数,循环的终止条件为额外定义的变量。如下面核心代码中的while循环。

4、pthread_cond_signal()函数

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *);

作用:激活一个处于阻塞等待状态的线程,存在多个阻塞线程时按规则激活其中第一个。

pthread_cond_signal 函数会发送信号给其它阻塞在pthread_cond_t指向的条件变量的线程,阻塞在该条件变量上的线程接收信号后,脱离阻塞状态,继续执行后续代码。
使用pthread_cond_signal一般不会有“惊群现象”产生,他最多只给一个线程发信号。假如有多个线程阻塞在这个条件变量的话,会根据各阻塞线程优先级的高低确定哪个接收到信号的线程接继续执行后续代码。如果各线程优先级相同,则按入队顺序激活其中第一个pthread_cond_signal()只会激活最多一个等待该条件的线程。
pthread_cond_signal 在多处理器上可能同时唤醒多个线程,当你只能让一个线程处理某个任务时,其它被唤醒的线程就需要继续 wait。所以pthread_cond_wait()需要使用while作为外部判断。

5、pthread_join()函数

int pthread_join(pthread_t , void * _Nullable * _Nullable)
        __DARWIN_ALIAS_C(pthread_join);

使一个线程等待另一个线程结束。

其它函数:

6、pthread_cond_timedwait()函数

int pthread_cond_timedwait(
        pthread_cond_t * __restrict, pthread_mutex_t * __restrict,
        const struct timespec * _Nullable __restrict)
        __DARWIN_ALIAS_C(pthread_cond_timedwait);

函数到了一定的时间,即使条件未发生也会解除阻塞。这个时间由参数abstime指定。

7、pthread_cond_broadcast()函数

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *);

唤醒所有被pthread_cond_wait()函数阻塞在某个条件变量上的线程,pthread_cond_t指针指向这个条件变量。


主要的方法实现:

- (void)fetchHomeData{
    self.themeListArr = [NSMutableArray array];
    __weak __block typeof(self) weakSelf = self;
    
    NSMutableArray *serverThemeArr = [NSMutableArray array];
    dispatch_queue_t queue_t = dispatch_queue_create("com.dispatch.themeserial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    __block BOOL oneJobdone = YES;
    __block pthread_cond_t cond_t = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
    //为了防止竞争,条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。
    __block pthread_mutex_t mutex_t = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    
    [[XLDataFetchHandler sharedInstance] requestAllHomeThemeListWithCompletion:^(NSString *themeIds,NSArray *themeList, BOOL httpDone) {
        dispatch_async(queue_t, ^{
            pthread_t threadId = pthread_self();
            
            NSLog(@"requestAllHomeThemeListWithCompletion   fetch data!  themeIds:%@",themeIds);
            
            while (!oneJobdone) {  //为何使用while判断:防止可能存在的“惊群效应”。pthread_cond_wait里的线程可能会被意外唤醒,如果这个时候oneJobdone为NO,则说明UI没有刷新完成。这个时候,应该让线程继续进入pthread_cond_wait
                pthread_cond_wait(&cond_t, &mutex_t);   // pthread_cond_wait用于阻塞当前线程,等待别的线程使用 pthread_cond_signal() 或pthread_cond_broadcast来唤醒它
            }
            
            oneJobdone = NO;
            
            [serverThemeArr addObjectsFromArray:themeList];
            if (httpDone) {
                self.themeListArr = [NSMutableArray arrayWithArray:serverThemeArr];
//                [self sortThemeListArray];   //请求结束,排序
            }else{
//                [weakSelf filterOriginThemeListWithPartList:themeList];   //一次请求结束,过滤
            }
            
            
            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                NSLog(@"requestAllHomeThemeListWithCompletion   reloadData before");
//table view reload,不知道什么时候结束。所以要在reload data完成后发信号
                [weakSelf.tableView reloadData];
                NSLog(@"requestAllHomeThemeListWithCompletion   reloadData after");
                oneJobdone = YES;
                //对条件变量cond_t发信号,激活一个等待该条件的线程,存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个
                pthread_cond_signal(&cond_t);
                NSLog(@"requestAllHomeThemeListWithCompletion   signal");
            });
            pthread_join(threadId, NULL);
        });
        
    }];
    
}

运行效果图:

效果图1、顺序执行
效果图2、阻塞执行

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