iOS 多线程

iOS 多线程有几种方式

  • GCD
  • NSOpeartion
  • NSThread
  • phread

多线程

GCD

  1. dispatch_once_t

    + (TestModel *)shared {
    static TestModel *model;
    static dispatch_once_t once;
    dispatch_once(&once, ^{
        model = [[TestModel alloc] init];
    });
    return model;
}

  2. dispatch_group

    - (void)dispatchGroup {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("groupTest", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"任务1 ready");
        sleep(2);
        NSLog(@"任务1 完成");
    });
     dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任务2 ready");
        sleep(4);
        NSLog(@"任务2 完成");
        dispatch_group_leave(group);
    });
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"group 任务完成");
    });
}
    • dispatch_group_notify 可以添加多次，并会多次调用
    • 只要 group 中的任务没有完成，group 完成的监听就不会被调用，即使是后追加的任务
    • notify 方法中第二个 queue 的参数决定了 callBack 将会在那个队列执行

  3. dispatch_apply 多线程快速遍历

    • 本质是 dispatch_sync 与 dispatch_group 关联的 api，因为该方法会等待内部所有操作都结束再返回，内部操作是否同步依赖传入的queue，外部必定是同步的。如果有需要，需将该方法放到一个异步的并行队列中

    • 如果传入多线程，输出的下标未必按照顺序执行

    - (void)dispatchApply {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%@------%d", NSThread.currentThread, index);
        sleep(1);
    });
     NSLog(@"111111");
}
// "111111" 必定出现在最后

  4. 定时器 DispatchSourceTimer

    不同于基于 Runloop 的 NSTimer，DispatchSourceTimer 不会因为子线程没有正在运行的 Runloop 而失效，也不会有循环引用、计时不准（每次 runloop 循环才会检查定时器是否需要被执行）等问题。但有几点需要注意：

    • suspend 与 resume 一定要成对使用，否则会 crash
    • timer 最好被持有，否则在 suspend 时可能 crash
    var timer: DispatchSourceTimer?
var index: Int = 0
func startTimer() {
    timer = DispatchSource.makeTimerSource(flags: [], queue: DispatchQueue.global())
    timer?.schedule(deadline: .now(), repeating: 0.1)
    timer?.setEventHandler(handler: {
        print("index: \(index)")
        index += 1
        if index == 10 {
            cancelTimer()
        }
    })
    timer?.resume()
}

private func cancelTimer() {
    timer?.cancel()
    timer = nil
}

  5. 信号量 DispatchSemaphore

    信号量类似于锁，信号量为 0 则阻塞线程，大于 0 则不会阻塞。因此可以通过改变信号量的值来控制是否阻塞线程

    • DispatchSemaphore(value: 0) 初始化
    • semaphore.signal() // 信号量 +1
    • semaphore.wait() 在信号量大于 0 的前提下，信号量 -1，如果信号量本来为 0，则线程休眠，加入到等待这个信号的线程队列当中。当信号量大于 0 时，就会唤醒这个等待队列中靠前的线程，继续线程后面的代码且对信号量减 1，也就确保了信号量大于 0 才减 1，所以不存在信号量小于 0 的情况（除非在初始化时设置为负数，不过这样做应用程序会 crash）。
    // 下载两个图片后执行操作 A
// 1. 初始化信号量为 0
var seamphore = DispatchSemaphore(value: -0)
// 2. 操作 A 前添加两个 wait 操作
seamphore.wait()
seamphore.wait()
// 3. 在每个下载结果回调中添加
seamphore.signal()

  6. 线程栅栏 dispatch_barrier

    线程栅栏可以阻塞某个 queue(必须是自定义的并行 queue，如果是 global ，则不会有预期效果)中任务的执行直到 queue 中栅栏之前的任务执行完毕

    - (void)dispatchBarrier {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("aaa", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    for (int i = 1; i <= 3; i ++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            sleep(1);
            NSLog(@"%d 任务结束", i);
        });
    }
    NSLog(@"栅栏前面");
    dispatch_barrier_sync(queue, ^{
        sleep(3);
        NSLog(@"栅栏结束");
    });
    NSLog(@"栅栏后面");
    for (int i = 4; i <= 6; i ++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            sleep(1);
            NSLog(@"%d 任务结束", i);
        });
    }
    NSLog(@"代码结束");
}

    运行结果

    dispatch_barrier_sync 运行结果
2020-07-24 20:17:09.905062+0800 ObjcTest[13685:969878] 栅栏前面
2020-07-24 20:17:10.907255+0800 ObjcTest[13685:969907] 2 任务结束
2020-07-24 20:17:10.907310+0800 ObjcTest[13685:969908] 1 任务结束
2020-07-24 20:17:10.907579+0800 ObjcTest[13685:969906] 3 任务结束
2020-07-24 20:17:13.907888+0800 ObjcTest[13685:969878] 栅栏结束
2020-07-24 20:17:13.908349+0800 ObjcTest[13685:969878] 栅栏后面
2020-07-24 20:17:13.908954+0800 ObjcTest[13685:969878] 代码结束
2020-07-24 20:17:14.913851+0800 ObjcTest[13685:969906] 4 任务结束
2020-07-24 20:17:14.914364+0800 ObjcTest[13685:969908] 5 任务结束
2020-07-24 20:17:14.914628+0800 ObjcTest[13685:969907] 6 任务结束
dispatch_barrier_async 运行结果
2020-07-24 20:18:16.955921+0800 ObjcTest[13691:970322] 栅栏前面
2020-07-24 20:18:16.956002+0800 ObjcTest[13691:970322] 栅栏后面
2020-07-24 20:18:16.956040+0800 ObjcTest[13691:970322] 代码结束
2020-07-24 20:18:17.961793+0800 ObjcTest[13691:970352] 1 任务结束
2020-07-24 20:18:17.962022+0800 ObjcTest[13691:970353] 2 任务结束
2020-07-24 20:18:17.963561+0800 ObjcTest[13691:970357] 3 任务结束
2020-07-24 20:18:20.967381+0800 ObjcTest[13691:970357] 栅栏结束
2020-07-24 20:18:21.974364+0800 ObjcTest[13691:970357] 4 任务结束
2020-07-24 20:18:21.974901+0800 ObjcTest[13691:970353] 5 任务结束
2020-07-24 20:18:21.975174+0800 ObjcTest[13691:970352] 6 任务结束

    dispatch_barrier_sync 与 dispatch_barrier_async 区别为

    • 同步栅栏会阻塞之后的普通代码的执行，异步栅栏则不会

    应用线程栅栏的特性，可以更好的做一些线程同步。例如

    任务 1、2、3结束后需要执行任务 4、5、6

    如果用 dispatch_group ，则将任务 1、2、3 添加到 group 中，在 dispatch_group_notify 中执行任务 4、5、6

NSOperation

NSOperation 是苹果 GCD 面向对象的封装

优点：

  • 添加操作间的依赖关系，控制执行顺序

  • 可以方便的取消一个操作的执行

  • 设定操作的优先级

  • 使用 KVO 观察操作执行状态的更改

  1. NSOperation 执行的方式

    • 添加到 NSOperationQueue，系统会自动将 NSOperationQueue 中的 NSOperation 取出来，在线程中执行操作
    • 如果不显式将 NSOperation 添加到 NSOperationQueue 中，也可以调用 operation.start() 方法，操作会在当前线程中执行

    备注：使用 start 方法时，如果 NSBlockOperation 调用 addExecutionBlock:方法，添加额外的操作，包括 blockOperationWithBlock 中的操作在内的这些操作可能在不同的线程中并发执行，具体由系统决定

        NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i ++) {
            sleep(2);
            NSLog(@"1---%@", NSThread.currentThread);
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i ++) {
            sleep(2);
            NSLog(@"2---%@", NSThread.currentThread);
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i ++) {
            sleep(2);
            NSLog(@"3---%@", NSThread.currentThread);
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i ++) {
            sleep(2);
            NSLog(@"4---%@", NSThread.currentThread);
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i ++) {
            sleep(2);
            NSLog(@"5---%@", NSThread.currentThread);
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i ++) {
            sleep(2);
            NSLog(@"6---%@", NSThread.currentThread);
        }
    }];
    [op start];

    2020-07-27 14:19:25.237520+0800 ObjcTest[19476:1527007] 1---<NSThread: 0x282870ac0>{number = 5, name = (null)}
2020-07-27 14:19:25.237532+0800 ObjcTest[19476:1526976] 2---<NSThread: 0x28283da80>{number = 1, name = main}
2020-07-27 14:19:27.239170+0800 ObjcTest[19476:1526976] 2---<NSThread: 0x28283da80>{number = 1, name = main}
2020-07-27 14:19:27.239164+0800 ObjcTest[19476:1527007] 1---<NSThread: 0x282870ac0>{number = 5, name = (null)}
2020-07-27 14:19:29.240627+0800 ObjcTest[19476:1526976] 2---<NSThread: 0x28283da80>{number = 1, name = main}
2020-07-27 14:19:29.240620+0800 ObjcTest[19476:1527007] 1---<NSThread: 0x282870ac0>{number = 5, name = (null)}
2020-07-27 14:19:31.242202+0800 ObjcTest[19476:1527007] 4---<NSThread: 0x282870ac0>{number = 5, name = (null)}

    从结果中可以看出 blockOperationWithBlock 中的代码不是在主线程中执行的，并且系统一共开启了两个线程执行该 Operation

  2. NSOperationQueue 控制串行、并发

    maxConcurrentOperationCount 属性可以控制一个队列中可以有多少个操作同时参与并发执行

    注意：这里的 maxConcurrentOperationCount 控制的不是并发线程的数量，而是一个队列中同时能并发执行的最大操作数。而且一个操作也并非只能在一个线程中运行。

  3. NSOperation 操作依赖

    NSOperation 可以添加操作之间的依赖。因此我们可以很方便的控制操作之间的执行先后顺序。并且一个操作可以添加多个依赖。

    例如我们有如下需求：A、B两个操作，A 执行完毕，B 才能执行操作。

    // 1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 2.创建操作
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
         [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
         NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
    }
}];
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
        NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
    }
}];

// 3.添加依赖
[op2 addDependency:op1]; // 让op2 依赖于 op1，则先执行op1，在执行op2

// 4.添加操作到队列中
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];

    输出如下

    2020-07-27 14:43:35.998300+0800 ObjcTest[19617:1533985] 1---<NSThread: 0x281496200>{number = 6, name = (null)}
2020-07-27 14:43:38.000611+0800 ObjcTest[19617:1533985] 1---<NSThread: 0x281496200>{number = 6, name = (null)}
2020-07-27 14:43:40.007131+0800 ObjcTest[19617:1533985] 2---<NSThread: 0x281496200>{number = 6, name = (null)}
2020-07-27 14:43:42.021944+0800 ObjcTest[19617:1533985] 2---<NSThread: 0x281496200>{number = 6, name = (null)}

    可以看出，op1 先执行完毕后，op2 才开始执行

  4. NSOperation 优先级

    优先级只体现在两个时间点

    • 依赖任务处理完成、队列对后续任务的调度
    • 依赖队列从暂停转变为重新启动、后续任务的调度
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"1--- 开始执行, %@", NSThread.currentThread);
        sleep(2);
        NSLog(@"1--- 执行完毕");
    }];
    op1.queuePriority = NSOperationQueuePriorityLow;

    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"2--- 开始执行, %@", NSThread.currentThread);
        sleep(2);
        NSLog(@"2--- 执行完毕");
    }];
    op2.queuePriority = NSOperationQueuePriorityHigh;

    NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"依赖--- 开始执行, %@", NSThread.currentThread);
        sleep(2);
        NSLog(@"依赖--- 执行完毕");
    }];
    [op1 addDependency:op3];
    [op2 addDependency:op3];
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue.maxConcurrentOperationCount = 1;
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];
    [queue addOperation:op3];

    结果如下

    2020-07-27 15:13:05.623639+0800 ObjcTest[19750:1540177] 依赖--- 开始执行, <NSThread: 0x281561c00>{number = 5, name = (null)}
2020-07-27 15:13:07.629611+0800 ObjcTest[19750:1540177] 依赖--- 执行完毕
2020-07-27 15:13:07.630799+0800 ObjcTest[19750:1540177] 2--- 开始执行, <NSThread: 0x281561c00>{number = 5, name = (null)}
2020-07-27 15:13:09.631681+0800 ObjcTest[19750:1540177] 2--- 执行完毕
2020-07-27 15:13:09.632164+0800 ObjcTest[19750:1540176] 1--- 开始执行, <NSThread: 0x281561380>{number = 3, name = (null)}
2020-07-27 15:13:11.637458+0800 ObjcTest[19750:1540176] 1--- 执行完毕

  5. NSOperationQueue 暂停和取消

    注意：

    1. 这里的暂停和取消（包括操作的取消和队列的取消）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后不再执行新的操作
    2. 暂停和取消的区别在于：暂停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，不再执行剩下的操作
NSThread

NSThread 在代码中偶尔会使用，例如 [NSThread currentThread]

  1. 创建、启动线程

    - (void)threadTest {
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [thread start];
  // 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];
}

- (void)run {
    NSLog(@"currentThread: %@", NSThread.currentThread);
}

  2. 线程状态控制

    + (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;// 线程进入阻塞状态
+ (void)exit; // 线程 kill

  3. 线程间通信

    - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

  4. 与 runloop 关系

    - (void)run {
    NSLog(@"currentThread: %@", NSThread.currentThread);
    [self performSelector:@selector(threadAfter) withObject:nil afterDelay:1];
}

- (void)threadAfter {
    NSLog(@"1111111");
}

    上述代码默认不会起作用，‘1111111’ 不会被打印出来。 performSelector: withObject: afterDelay: 方法默认会创建一个 timer 添加到当前 runloop 中，而子线程默认不开启 runloop，因此上述代码不起作用。
    解决方法是在 performSelector 方法后面添加[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    如果将 runloop 启动的代码放到前面，仍然不会起作用，原因是 runloop 启动后没有可执行的代码，会立刻退出，此时再添加 timer 也没有什么作用。

pthread

pthread 是一套通用的多线程 API，使用 C 语言编写，需要程序员自己管理线程的生命周期，使用难度较大，很少使用

  • pthread_create()创建一个线程
  • pthread_exit()终止当前线程
  • pthread_cancel()中断另外一个线程的运行
  • pthread_join()阻塞当前的线程，直到另外一个线程运行结束
  • pthread_attr_init()初始化线程的属性
  • pthread_attr_setdetachstate()设置脱离状态的属性（决定这个线程在终止时是否可以被结合）
  • pthread_attr_getdetachstate()获取脱离状态的属性
  • pthread_attr_destroy()删除线程的属性
  • pthread_kill()向线程发送一个信号

问题

  1. 子线程同时执行 ABC 三个同步任务，全部执行完毕后再在自线程执行三个同步任务 EDF，应该怎样做？
    • 可以使用 GCD 的group 或者 NSOperation 的 依赖
    • 可以使用 dispatch_barrier 稍简单一些
  2. 将问题 1 中的 ABC 三个任务改为异步任务如 AFN 网络请求，全部回调成功后进行数据整合，应该怎样做？
    1. 使用信号量
    2. 使用 GCD 的 group 也可以。dispatch_group_enter 与 dispatch_group_leave 搭配使用
  3. 线程的生命周期是怎样的？
    可参考 线程的生命周期以及常驻线程

参考

  1. iOS 多线程：『NSOperation、NSOperationQueue』详尽总结
  2. iOS基础深入补完计划--多线程(面试题)汇总
  3. 深入浅出 GCD 之 dispatch_group
  4. iOS多线程相关面试题
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