NSThread和NSOperation

前言

Pthread,NSThread,GCD和NSOperation是iOS中多线程的四种实现方案。

一.进程和线程

1.进程

进程是指在操作系统中正在运行的一个程序。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。

2.线程

一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

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)

多线程是为了同步完成多项任务,不是为了提高运行效率,而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的。

多线程(multithreading),是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程,进而提升整体处理性能。

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

注意:多线程并发,并不是cpu在同一时刻同时执行多个任务,只是CPU调度足够快,造成的假象。

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)

缺点:

1.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

2.线程越多,CPU在调度线程上的开销就越大

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)

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

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)

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


NSThread创建线程


NSOperation和NSOperationQueue的基本使用

创建任务

创建队列

将任务加入到队列中

控制串行执行和并行执行的关键

操作依赖

其它方法

一、创建和启动线程

一个NSThread对象就代表一条线程

创建、启动线程

(1) NSThread *thread = [NSThread detachNewThreadSelector:self selector:@selector(run) object:nil];

// 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;

- (BOOL)isMainThread;

其它用法

获得当前线程

NSThread *current = [NSThread currentThread];

线程的调度优先级:调度优先级的取值范围是0.0 ~ 1.0,默认0.5,值越大,优先级越高

+ (double)threadPriority;

+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;

设置线程的名字

- (void)setName:(NSString *)n;

- (NSString *)name;

其它创建线程的方式

(2)创建线程后自动启动线程[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

(3)隐式创建并启动线程[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];

上述两种创建线程方式的优缺点

优点:简单快捷

缺点:无法对线程进行更详细的设置

 NSOperation简介

NSOperation是苹果提供给我们的一套多线程解决方案。实际上NSOperation是基于GCD更高一层的封装,比GCD更简单易用、代码可读性更高。

NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。因为默认情况下,NSOperation单独使用时系统同步执行操作,并没有开辟新线程的能力,只有配合NSOperationQueue才能实现异步执行。

因为NSOperation是基于GCD的,那么使用起来也和GCD差不多,其中,NSOperation相当于GCD中的任务,而NSOperationQueue则相当于GCD中的队列。NSOperation实现多线程的使用步骤分为以下三步:

创建任务:先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中。

创建队列:创建NSOperationQueue对象。

将任务加入到队列中:然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中。

然后呢,系统就会自动将NSOperationQueue中的NSOperation取出来,在新线程中执行操作。

下面我们来学习下NSOperation和NSOperationQueue的基本使用。

2.NSOperation和NSOperationQueue的基本使用

1. 创建任务

NSOperation是个抽象类,并不能封装任务。我们只有使用它的子类来封装任务。我们有三种方式来封装任务。

使用子类NSInvocationOperation

使用子类NSBlockOperation

定义继承自NSOperation的子类,通过实现内部相应的方法来封装任务。

在不使用NSOperationQueue,单独使用NSOperation的情况下系统同步执行操作,下面我们学习以下任务的三种创建方式。

线程安全:

一、多线程的安全隐患

资源共享

1块资源可能会被多个线程共享,也就是多个线程可能会访问同一块资源

比如多个线程访问同一个对象、同一个变量、同一个文件

当多个线程访问同一块资源时,很容易引发数据错乱和数据安全问题

三、问题解决

互斥锁使用格式

@synchronized(锁对象) { 需要锁定的代码}

注意:锁定一份代码只用一把锁,用多把锁是无效的

互斥锁的优缺点

优点:能有效防止因多线程抢夺资源造成的数据安全问题

缺点:需要消耗大量的CPU资源

互斥锁的使用前提:多条线程抢夺同一块资源

相关专业术语:线程同步,多条线程按顺序地执行任务

互斥锁,就是使用了线程同步技术

四:原子和非原子属性

OC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)

nonatomic:非原子属性,不会为setter方法加锁

atomic加锁原理

原子和非原子属性的选择

nonatomic和atomic对比

atomic:线程安全,需要消耗大量的资源

nonatomic:非线程安全,适合内存小的移动设备

iOS开发的建议

所有属性都声明为nonatomic

尽量避免多线程抢夺同一块资源

尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理,减小移动客户端的压力

线程间的通信

一、简单说明

线程间通信:在1个进程中,线程往往不是孤立存在的,多个线程之间需要经常进行通信

线程间通信的体现

一个线程传递数据给其它线程

在1个线程中执行完特定任务后,转到另1个线程继续执行任务

线程间通信常用方法

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

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

NSOperation的使用

一、NSOperation简介

1.简单说明

NSOperation的作⽤:配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能实现多线程编程

NSOperation和NSOperationQueue实现多线程的具体步骤:

(1)先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中

(2)然后将NSOperation对象添加到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

2.NSOperation的子类

NSOperation是个抽象类,并不具备封装操作的能力,需要使⽤它的子类NSBlockOperation和NSInvocationOperation

使用NSOperation⼦类的方式有3种:

(1)NSInvocationOperation

(2)NSBlockOperation

(3)自定义子类继承NSOperation,实现内部相应的⽅法

二、 具体说明

1.NSInvocationOperation子类

创建对象和执行操作:


注意:操作对象默认在主线程中执行,只有添加到队列中才会开启新的线程。即默认情况下,如果操作没有放到队列中queue中,都是同步执行。只有将NSOperation放到一个NSOperationQueue中,才会异步执行操作

2.NSBlockOperation子类

创建对象和添加操作:


注意:只要NSBlockOperation封装的操作数 > 1,就会异步执行操作

3.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

如果将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,自动执行操作,自动开启线程

- (void)addOperation:(NSOperation *)op;

- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;


注意:系统自动将NSOperationqueue中的NSOperation对象取出,将其封装的操作放到一条新的线程中执行。

提示:队列的取出是有顺序的,与打印结果并不矛盾。

NSOperation的基本操作

一、并发数

(1)并发数:同时执⾏行的任务数.比如,同时开一个线程执行三个任务,线程的并发数量是三

(2)最大并发数:同一时间最多只能执行的任务的个数。

(3)最⼤大并发数的相关⽅方法

- (NSInteger)maxConcurrentOperationCount;

- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

 Note:如果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,可能内存多久开多一点,内存少就开少一点。

Note:num的值并不代表线程的个数,仅仅代表线程的ID。

提示:最大并发数不要乱写(5以内),不要开太多,一般以2~3为宜,因为虽然任务是在子线程进行处理的,但是cpu处理这些过多的子线程可能会影响UI,让UI卡顿。

二、队列的取消,暂停和恢复

(1)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

(2)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

(3)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。那么这种情况,就可以设置在用户操作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。

三、操作优先级

(1)设置NSOperation在queue中的优先级,可以改变操作的执⾏优先级

- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;

- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;

(2)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。

四、操作依赖

(1)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,可以像下面这么写

[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依赖于操作

(2)可以在不同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)。

A做完再做B,B做完才做C。

注意:一定要在添加之前,进行设置。

提示:任务添加的顺序并不能够决定执行顺序,执行的顺序取决于依赖。使用Operation的目的就是为了让开发人员不再关心线程。

5.操作的监听

可以监听一个操作的执行完毕

- (void (^)(void))completionBlock;

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

代码示例

第一种方式:可以直接跟在任务后面编写需要完成的操作,如这里在下载图片后,然后下载第二张图片。但是这种写法有的时候把两个不相关的操作写到了一个代码块中,代码的可阅读性不强。

2. 创建队列

和GCD中的并发队列、串行队列略有不同的是:NSOperationQueue一共有两种队列:主队列、其他队列。其中其他队列同时包含了串行、并发功能。下边是主队列、其他队列的基本创建方法和特点。

主队列

只要是添加到主队列中的任务(NSOperation),都会放到主线程中执行

其它队列

添加到这种队列中的任务(NSOperation),就会自动放到子线程中执行

同时包含了:串行、并发功能NSOperationQueue *queue =[[NSOperationQueue alloc] init];

将任务加入到队列中

前边说了,NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。

那么我们需要将创建好的任务加入到队列中去。总共有两种方法

- (void)addOperation:(NSOperation *)op;

需要先创建任务,再将创建好的任务加入到创建好的队列中

可以看出:NSInvocationOperation和NSOperationQueue结合后能够开启新线程,进行并发执行NSBlockOperation和NSOperationQueue也能够开启新线程,进行并发执行。

- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

无需先创建任务,在block中添加任务,直接将任务block加入到队列中。

可以看出addOperationWithBlock:和NSOperationQueue能够开启新线程,进行并发执行。

3. 控制串行执行和并行执行的关键

之前我们说过,NSOperationQueue创建的其他队列同时具有串行、并发功能,上边我们演示了并发功能,则他的串行功能是如何实现的?

这里有个关键参数maxConcurrentOperationCount,叫做最大并发数

最大并发数:maxConcurrentOperationCount

maxConcurrentOperationCount默认情况下为-1,表示不进行限制,默认为并发执行。

当maxConcurrentOperationCount为1时,进行串行执行。

当maxConcurrentOperationCount大于1时,进行并发执行,当然这个值不应超过系统限制,即使自己设置一个很大的值,系统也会自动调整。

可以看出:当最大并发数为1时,任务是按顺序串行执行的。当最大并发数为2时,任务是并发执行的。而且开启线程数量是由系统决定的,不需要程序员管理。

4. 操作依赖

NSOperation和NSOperationQueue最吸引人的地方是它能添加操作之间的依赖关系。例如有blockOperation和blockOperationed两个操作,其中blockOperation执行完操作,blockOperationed才能执行操作,那么就需要让blockOperationed依赖于blockOperation。具体如下:


5. 其它方法

- (void)cancel;NSOperation提供的方法,可取消单个操作

- (void)cancelAllOperations;NSOperationQueue提供的方法,可以取消队列的所有操作

- (void)setSuspended:(BOOL)b;可设置任务的暂停和恢复,YES代表暂停队列,NO代表恢复队列

- (BOOL)isSuspended;判断暂停状态

Note:

这里的暂停和取消并不代表可以将当前的操作立即取消,而是当当前的操作执行完毕之后不再执行新的操作。

暂停和取消的区别就在于:暂停操作之后还可以恢复操作,继续向下执行;而取消操作之后,所有的操作就清空了,无法再接着执行剩下的操作。

iOS GCD实现最大并发数

作iOS开发时,使用GCD控制同一条线程中的最大并发数,不可能是一直往同一条线程中添加任务。这个时候就用到的GCD中的信号量控制机制--dispatch_semaphore_create。

创建信号量的方式:

(1)dispatch_semaphore_creat SignalCount = dispatch_semaphore_creat(10).

这个地方后面的这个10,是一个整数,可以是1,2,3,。。。表示在信号等待的时候,下一次收到的的信号量,说白了,就是这个数字控制的最大并发数。

(2)dispatch_semaphore_signal( ),这是一句表示信号通知。表示在信号等待的时候,收到的下一个信号量。一般是一个“信号量对象”。

(3)dispatch_semaphore_wait(参数一,参数二 ),这一句表示信号等待。

一般参数一会放一个信号对象,就是我们建立的那个,如果这个对列的信号量小于0的时候,就会一直等待下去。

参数二的值一般是 DISPATCH_TIME_FOREVER 和 DISPATCH_TIME_NOW



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