iOS 开发高级进阶 第三周 多线程 Runloop
iOS 多线程以及 RunLoop 学习总结
基础知识
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
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）
- 一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行
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
什么是主线程？
- 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”
- 主线程主要用于显示\刷新UI界面和处理UI事件（比如点击事件、滚动事件、拖拽事件等）
- 使用主线程的时候需要注意：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
多线程的方案：
多线程
在 iOS 主流的3种多线程方案分别是：
- NSThread
- 比其他两个轻量级
- 需要自己管理线程的生命周期，线程同步。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销
- NSOperation & NSOperationQueue
- 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 是一个抽象类，使用它必须用它的子类，可以实现它或者使用它定义好的两个子类：NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation
- 创建 NSOperation 子类的对象，把对象添加到 NSOperationQueue 队列里执行
- GCD（Grand Central Dispatch）
- 是苹果为多核的并行运算提出的解决方案，所以会自动合理地利用更多的 CPU 内核，最重要的是它会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程），完全不需要我们管理。
NSThread
一个NSThread对象就代表一条线程
NSThread 的创建启动等方法
创建、启动线程
NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[thread start];
线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法-
主线程相关用法
+ (NSThread *)mainThread; // 获得主线程- (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程+ (BOOL)isMainThread; // 是否为主线程
获得当前线程
NSThread *current = [NSThread currentThread];-
线程的名字
- (void)setName:(NSString *)n;- (NSString *)name;
创建线程后自动启动线程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];隐式创建并启动线程
[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
控制线程状态
- 启动线程
- (void)start; //进入就绪状态 -> 运行状态。当线程任务执行完毕，自动进入死亡状态 - 阻塞（暂停）线程
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate*) date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterVal)ti; // 进入阻塞状态 - 强制停止线程
+ （void) exit; // 进入死亡状态
注意： 一旦线程停止（死亡）了，就不能在此开启任务。
当多个线程同时访问一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全的问题，解决的办法是采用互斥锁，@synchronized(锁对象) { // 需要锁定的代码 }。互斥锁能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题，但是需要消耗大量的 CPU 资源。另外在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择。
- atomic：原子属性，为setter方法加锁（默认就是atomic）,线程安全，需要消耗大量的资源
- nonatomic：非原子属性，不会为setter方法加锁，适合内存小的移动设备
线程间通：一个线程传递数据给另一个线程，在一个线程中执行完特定任务后，转到另一个线程继续执行任务。
线程间通信常用的方法：
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
GCD
GCD 的使用有两个步骤：
- 定制任务，确定要做的事
- 将任务添加到队列中
- GCD 会自动将对列中的任务取出，放到对应的线程中执行
- 任务的取出遵循对列的FIFO原则，先进先出
执行任务
GCD 中有2个用来执行任务的函数
- 用同步的方式执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); - 用异步的方式执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
同步执行和异步执行的区别：
- 同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
- 异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
对列的类型
GCD 的对列可以分为2大类型
- 并发队列（Concurrent Dispatch Queue)
- 可以让多个任务并发同时执行（自动开启多个线程同时执行）
- 并发功能只有在异步（dispatch_async)函数下才有效
- 串行队列（Serial Dispatch Queue)
- 让任务一个接一个的执行，一个任务执行完毕，在执行另一个
同步、异步、并行队列、串行队列的理解：
- 同步操作会阻塞当前线程并等待 Block 中的任务执行完毕，然后当前线程才会继续执行下去
- 异步操作，当前线程会直接往下执行，它不会阻塞当前线程。
| 队列 | 同步执行 | 异步执行 |
|---|---|---|
| 串行队列 | 当前线程，一个一个执行 | 其他线程，一个一个执行 |
| 并行队列 | 当前线程，一个一个执行 | 开很多线程，一起执行 |
并发队列
GCD默认已经提供了全局的并发队列，供整个应用使用，不需要手动创建
使用dispatch_get_global_queue函数获得全局的并发队列
dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(
dispatch_queue_priority_t priority, // 队列的优先级
unsigned long flags); // 此参数暂时无用，用0即可
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); // 获得全局并发队列
串行队列
GCD中获得串行有2种途径
- 使用
dispatch_queue_create函数创建串行队列
dispatch_queue_t
dispatch_queue_create(const char *label, // 队列名称
dispatch_queue_attr_t attr); // 队列属性，一般用NULL即可
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cn.itcast.queue", NULL); // 创建
dispatch_release(queue); // 非ARC需要释放手动创建的队列
- 使用主队列（跟主线程相关联的队列）
- 主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列
- 放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行
- 使用
dispatch_get_main_queue()获得主队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
各种队列的执行效果：
线程间通信示例：
从子线程回到主线程
dispatch_async(
dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
// 执行耗时的异步操作...
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// 回到主线程，执行UI刷新操作
});
});
延时执行
- 调用NSObject的方法
[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:2.0];
// 2秒后再调用self的run方法
- 使用GCD函数
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...
});
一次性代码
使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次
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)
});
队列组
队列组可以分别异步执行2个耗时的操作，等2个异步操作都执行完毕后，再回到主线程执行操作。
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...
});
NSOperation
NSOperation 和 NSOperationQueue 实现多线程的步骤：
- 先将需要执行的操作封装到一个 NSOperation 对象中
- 然后将NSOperation 对象添加到 NSOperationQueue 中
- 系统会自动将 NSOperationQueue 中的 NSoperation 取出来
- 将取出来的 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
- NSInvocationOperation
- NSBlockOperation
- 自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法
NSInvocationOperation
创建NSInvocationOperation对象
- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(id)arg;调用start方法开始执行操作
- (void)start;一旦执行操作，就会调用target的sel方法
注意：
- 默认情况下，调用了start方法后并不会开一条新线程去执行操作，而是在当前线程同步执行操作
- 只有将NSOperation放到一个NSOperationQueue中，才会异步执行操作
NSBlockOperation
创建NSBlockOperation对象
+ (id)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;通过
addExecutionBlock:方法添加更多的操作
- (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block;
注意：只要NSBlockOperation封装的操作数 > 1，就会异步执行操作
NSOperationQueue
NSOperationQueue的作用
- NSOperation可以调用start方法来执行任务，但默认是同步执行的
- 将NSOperation添加到NSOperationQueue（操作队列）中，系统会自动异步执行NSOperation中的操作
添加操作到NSOperationQueue中
- (void)addOperation:(NSOperation *)op;- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
最大并发数的相关方法
- (NSInteger)maxConcurrentOperationCount;- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;
队列的取消、暂停和恢复
取消队列的所有操作
- (void)cancelAllOperations;
提示：也可以调用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;
操作依赖：
NSOperation之间可以设置依赖来保证执行顺序
比如一定要让操作A执行完后，才能执行操作B，可以这么写
[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依赖于操作A
可以监听一个操作的执行完毕
- (void (^)(void))completionBlock;
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;
自定义NSOperation需要重写- (void)main方法，在里面实现想执行的任务.
RunLoop
- 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
- 主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建
- RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁
获得 RunLoop 对象
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象
Core Foundation中关于RunLoop的5个类
- CFRunLoopRef
- CFRunLoopModeRef
- CFRunLoopSourceRef
- CFRunLoopTimerRef
- CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式
- 一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个Mode又包含若干个Source/Timer/Observer
- 每次RunLoop启动时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode
- 如果需要切换Mode，只能退出Loop，再重新指定一个Mode进入
- 这样做主要是为了分隔开不同组的Source/Timer/Observer，让其互不影响
系统默认注册了5个mode
- kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
- UITrackingRunLoopMode：界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响
- UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
- GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
- kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode
CFRunLoopSourceRef是事件源（输入源）
- Source0：非基于Port的
- Source1：基于Port的
CFRunLoopTimerRef是基于时间的触发器，基本上说的就是NSTimer
CFRunLoopObserverRef是观察者，能够监听RunLoop的状态改变
可以监听的时间点有以下几个
RunLoop的处理流程
