iOS多线程

Unlimitedz

于 2025-03-25 22:10:06 发布

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分类专栏： app开发文章标签： ios

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进程（Process）

进程是指在系统中正在运行的一个应用程序，比如同时打开微信和 QQ，系统会分别至少启动 2 个进程。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。进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

注意

一个应用程序至少有一个进程，但不是说只有一个进程。

线程（Thread）

线程是某一个进程中一个单独运行的程序。线程是进程的一个实体。线程是 CPU 调度和分派的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但是它与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。也就是线程存在于进程之中，一个进程由一个或多个线程构成，各线程之间共享相同的代码和全局数据，但各自有自己的堆栈。

一个程序有且只有一个主线程，与用户交互相关的中断性操作都会派发到主线程，程序启动时创建（调用main来启动），主线程的生命周期是和应用程序绑定，程序退出时，主线程也停止。

真正在应用程序中做任务的是线程。

任务（Task）

是指由应用程序完成的一个活动。一个任务既可以是一个进程，也可以是一个线程。任务是一系列为达到某一共同目的的操作集合。

进程和线程的区别和联系

线程是CPU和资源调度（执行任务）的基本单位，是程序执行的最小单元，进程是资源分配和调度的基本单位。
一个程序可以有多个进程，一个进程可以有多个线程，但至少要有一个线程，而一个线程只能属于一个进程。
同一个进程内的线程共享进程的所有资源。

1. NSThread（最底层）

特点：

手动管理：需要开发者自行创建、启动和管理线程的生命周期。
轻量级：直接操作线程，适合简单场景。
可控性高：可以设置线程优先级、名称等属性。
缺点：频繁创建线程开销大，需手动处理线程同步问题（如加锁）。

示例：

let thread = Thread(target: self, selector: #selector(task), object: nil)
thread.start()

适用场景：需要精细控制线程行为的场景（较少使用）。

2. GCD（Grand Central Dispatch）（推荐）

特点：

基于队列的任务调度：通过队列（Queue）管理任务，自动处理线程生命周期。
高效简洁：使用 Block 或闭包封装任务，避免手动管理线程。
任务类型：
- 同步执行（sync）：阻塞当前线程，直到任务完成。
- 异步执行（async）：不阻塞当前线程。
队列类型：
- 串行队列（Serial Queue）：任务按顺序执行。
- 并发队列（Concurrent Queue）：任务并行执行。
- 主队列（Main Queue）：串行队列，专用于更新 UI。
- 全局队列（Global Queue）：系统提供的并发队列。

示例：

// 异步执行
DispatchQueue.global(qos: .background).async {
    // 后台任务
    DispatchQueue.main.async {
        // 回到主线程更新 UI
    }
}

高级功能：

Dispatch Group：管理多个任务的完成状态。
Dispatch Semaphore：控制并发数量（如资源竞争）。
Barrier（屏障任务）：确保读写安全。
Dispatch Source：监听事件（如定时器、文件读写）。

适用场景：绝大多数异步任务，如网络请求、耗时计算。

3. NSOperation 和 NSOperationQueue（基于 GCD 的高级封装）

特点：

面向对象：任务被封装为 NSOperation 对象（如 NSBlockOperation）。
功能丰富：
- 任务依赖：通过 addDependency 设置执行顺序。
- 取消任务：支持取消单个或所有任务（cancel()）。
- 队列控制：设置最大并发数、暂停/恢复队列。
与 GCD 的区别：
- 更高抽象：适合复杂任务管理（如批量下载）。
- 可控性更强：支持 KVO 监听任务状态。

示例：

let operationQueue = OperationQueue()
operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 2 // 最大并发数

let op1 = BlockOperation { /* 任务1 */ }
let op2 = BlockOperation { /* 任务2 */ }
op2.addDependency(op1) // op2 在 op1 完成后执行

operationQueue.addOperations([op1, op2], waitUntilFinished: false)

适用场景：需要任务依赖、取消或复杂调度的场景（如文件分片上传）。

三种方式的对比

特性	NSThread	GCD	NSOperation
抽象层级	底层（直接操作线程）	中层（队列管理任务）	高层（面向对象）
线程生命周期管理	手动管理	自动管理	自动管理
任务依赖	不支持	需手动实现（如 Barrier）	原生支持
任务取消	需手动实现	不支持	原生支持
性能	较高	高（C 语言 API）	略低于 GCD（对象开销）
适用场景	简单任务/精细控制线程	常见异步任务	复杂任务依赖/批量操作

在 iOS 中，NSOperation 和 NSOperationQueue 是基于 GCD 的面向对象的高级封装，它们通过抽象化的方式将多线程任务的管理变得更加灵活和可控。以下是它们的核心封装内容：

1. NSOperation 的封装：任务对象化

NSOperation 将“任务”抽象成一个对象（面向对象思想），开发者可以通过子类化或使用系统提供的子类（如 NSBlockOperation）来定义任务。它的封装包括：

（1）任务封装

任务本身：将代码逻辑封装为一个独立的对象（NSOperation 实例）。
任务状态：内部维护了 isReady、isExecuting、isFinished、isCancelled 等状态（通过 KVO 监听）。
任务优先级：通过 queuePriority 属性设置优先级（veryLow、low、normal、high、veryHigh）。
依赖关系：通过 addDependency(_ op: NSOperation) 添加依赖，确保任务按顺序执行。

（2）系统提供的子类

NSBlockOperation：用闭包（Block）封装任务，支持添加多个闭包（并行执行）。

let blockOperation = BlockOperation {
    print("Task 1")
}
blockOperation.addExecutionBlock {
    print("Task 2")
}

NSInvocationOperation（已废弃）：通过方法调用封装任务（Swift 中不可用）。

（3）自定义 NSOperation

通过继承 NSOperation 创建自定义任务，需手动管理任务状态：

class CustomOperation: Operation {
    override func main() {
        guard !isCancelled else { return }
        // 任务逻辑
    }
}

2. NSOperationQueue 的封装：队列管理

NSOperationQueue 负责管理和调度 NSOperation 任务，封装了线程池、任务调度等底层逻辑，核心功能包括：

（1）自动线程管理

基于 GCD：底层使用 GCD 的队列，但通过对象化的方式隐藏了线程细节。
线程复用：自动管理线程的创建、复用和销毁，开发者无需手动操作线程。

（2）队列控制

最大并发数：通过 maxConcurrentOperationCount 控制并发任务数（设为 1 可模拟串行队列）。
队列暂停/恢复：通过 isSuspended 属性控制队列是否暂停执行新任务。
取消所有任务：通过 cancelAllOperations() 一键取消队列中所有任务。

（3）任务调度

依赖管理：自动处理任务之间的依赖关系，确保依赖任务完成后才执行后续任务。
优先级调整：结合任务的 queuePriority 和队列的调度策略，动态调整执行顺序。

3. 与 GCD 相比的封装优势

NSOperation 和 NSOperationQueue 在 GCD 的基础上，通过面向对象的方式提供了更高层次的抽象，解决了 GCD 的以下痛点：

（1）任务依赖

GCD：需手动通过 DispatchGroup、DispatchSemaphore 或 Barrier 实现依赖。

NSOperation：直接通过 addDependency 声明依赖关系，代码更清晰。

let op1 = BlockOperation { /* 任务A */ }
let op2 = BlockOperation { /* 任务B */ }
op2.addDependency(op1) // op2 依赖 op1
queue.addOperations([op1, op2], waitUntilFinished: false)

（2）任务取消

GCD：提交到队列的任务无法取消（除非未开始执行）。

NSOperation：通过 cancel() 方法取消单个任务，或通过 cancelAllOperations() 取消队列中所有任务。

let operation = BlockOperation { /* 耗时任务 */ }
queue.addOperation(operation)
operation.cancel() // 取消任务（若未执行）

（3）任务状态监听

GCD：无原生状态监听机制。

NSOperation：支持通过 KVO 监听 isFinished、isCancelled 等状态。

operation.addObserver(self, forKeyPath: "isFinished", options: .new, context: nil)

（4）复杂任务管理

并发控制：通过 maxConcurrentOperationCount 限制并发数（如最多 3 个下载任务）。
优先级调整：动态调整任务的优先级，适应业务需求变化。

4. 底层实现与 GCD 的关系

NSOperationQueue 底层依赖 GCD：NSOperationQueue 的线程池和任务调度最终由 GCD 的队列（如 DispatchQueue）实现。
更高层次的抽象：NSOperation 封装了 GCD 的 DispatchWorkItem，并添加了状态管理、依赖等逻辑。