iOS多线程开发 NSThread

最新推荐文章于 2024-09-25 18:23:28 发布

KevinHM

最新推荐文章于 2024-09-25 18:23:28 发布

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本文详细介绍iOS平台上的多线程编程技术，包括Thread、Cocoa Operations和Grand Central Dispatch（GCD）。阐述了各种方法的特点及适用场景，并通过实例演示了如何使用NSThread进行线程创建、同步和通信。

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iOS 支持多个层次的多线程编程，层次越高的抽象程度越高，使用起来也越方便，也是苹果最推荐使用的方法。下面根据抽象层次从低到高依次列出iOS所支持的多线程编程范式：
1, Thread;
2, Cocoa operations;
3, Grand Central Dispatch (GCD) (iOS4 才开始支持)

下面简要说明这三种不同范式：
Thread 是这三种范式里面相对轻量级的，但也是使用起来最负责的，你需要自己管理thread的生命周期，线程之间的同步。线程共享同一应用程序的部分内存空间，它们拥有对数据相同的访问权限。你得协调多个线程对同一数据的访问，一般做法是在访问之前加锁，这会导致一定的性能开销。在 iOS 中我们可以使用多种形式的 thread:
Cocoa threads: 使用NSThread 或直接从 NSObject 的类方法 performSelectorInBackground:withObject: 来创建一个线程。如果你选择thread来实现多线程，那么 NSThread 就是官方推荐优先选用的方式。
POSIX threads: 基于 C 语言的一个多线程库，

Cocoa operations是基于 Obective-C实现的，类 NSOperation 以面向对象的方式封装了用户需要执行的操作，我们只要聚焦于我们需要做的事情，而不必太操心线程的管理，同步等事情，因为NSOperation已经为我们封装了这些事情。 NSOperation 是一个抽象基类，我们必须使用它的子类。iOS 提供了两种默认实现：NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation。

Grand Central Dispatch (GCD): iOS4 才开始支持，它提供了一些新的特性，以及运行库来支持多核并行编程，它的关注点更高：如何在多个 cpu 上提升效率。

有了上面的总体框架，我们就能清楚地知道不同方式所处的层次以及可能的效率，便利性差异。下面我们先来看看 NSThread 的使用，包括创建，启动，同步，通信等相关知识。这些与 win32/Java 下的 thread 使用非常相似。

线程创建与启动
NSThread的创建主要有两种直接方式：
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(myThreadMainMethod:) toTarget:selfwithObject:nil];

以及：
NSThread* myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self
selector:@selector(myThreadMainMethod:) object:nil];
[myThread start];

这两种方式的区别是：前一种一调用就会立即创建一个线程来做事情；而后一种虽然你 alloc 了也 init了，但是要直到我们手动调用 start 启动线程时才会真正去创建线程。这种延迟实现思想在很多跟资源相关的地方都有用到。后一种方式我们还可以在启动线程之前，对线程进行配置，比如设置 stack 大小，线程优先级。

还有一种间接的方式，更加方便，我们甚至不需要显式编写 NSThread 相关代码。那就是利用 NSObject 的类方法 performSelectorInBackground:withObject: 来创建一个线程：
[myObj performSelectorInBackground:@selector(myThreadMainMethod)withObject:nil];
其效果与 NSThread 的 detachNewThreadSelector:toTarget:withObject: 是一样的。

线程同步
线程的同步方法跟其他系统下类似，我们可以用原子操作，可以用 mutex，lock等。
iOS的原子操作函数是以 OSAtomic开头的，比如：OSAtomicAdd32, OSAtomicOr32等等。这些函数可以直接使用，因为它们是原子操作。

iOS中的 mutex 对应的是 NSLock，它遵循 NSLooking协议，我们可以使用 lock, tryLock, lockBeforeData:来加锁，用 unLock来解锁。使用示例：
BOOL moreToDo = YES;
NSLock *theLock = [[NSLock alloc] init];
...
while (moreToDo) {
/* Do another increment of calculation */
/* until there’s no more to do. */
if ([theLock tryLock]) {
/* Update display used by all threads. */
[theLock unlock];
}
}

我们可以使用指令 @synchronized 来简化 NSLock的使用，这样我们就不必显示编写创建NSLock,加锁并解锁相关代码。
- (void)myMethod:(id)anObj
{
@synchronized(anObj)
{
// Everything between the braces is protected bythe @synchronized directive.
}
}

还有其他的一些锁对象，比如：循环锁NSRecursiveLock，条件锁NSConditionLock，分布式锁NSDistributedLock等等，在这里就不一一介绍了，大家去看官方文档吧。

用NSCodition同步执行的顺序
NSCodition 是一种特殊类型的锁，我们可以用它来同步操作执行的顺序。它与 mutex 的区别在于更加精准，等待某个 NSCondtion 的线程一直被 lock，直到其他线程给那个 condition 发送了信号。下面我们来看使用示例：

某个线程等待着事情去做，而有没有事情做是由其他线程通知它的。

[cocoaCondition lock];
while (timeToDoWork <= 0)
[cocoaCondition wait];

timeToDoWork--;
// Do real work here.
[cocoaCondition unlock];

其他线程发送信号通知上面的线程可以做事情了：
[cocoaCondition lock];
timeToDoWork++;
[cocoaCondition signal];
[cocoaCondition unlock];
线程间通信
线程在运行过程中，可能需要与其它线程进行通信。我们可以使用 NSObject 中的一些方法：
在应用程序主线程中做事情：
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:

在指定线程中做事情：
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:

在当前线程中做事情：
performSelector:withObject:afterDelay:
performSelector:withObject:afterDelay:inModes:

取消发送给当前线程的某个消息
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

如在我们在某个线程中下载数据，下载完成之后要通知主线程中更新界面等等，可以使用如下接口：- (void)myThreadMainMethod
{
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// to do something in your thread job
...
[self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI)withObject:nil waitUntilDone:NO];
[pool release];
}

RunLoop
说到 NSThread 就不能不说起与之关系相当紧密的 NSRunLoop。Run loop 相当于 win32 里面的消息循环机制，它可以让你根据事件/消息（鼠标消息，键盘消息，计时器消息等）来调度线程是忙碌还是闲置。
系统会自动为应用程序的主线程生成一个与之对应的 run loop 来处理其消息循环。在触摸 UIView 时之所以能够激发 touchesBegan/touchesMoved 等等函数被调用，就是因为应用程序的主线程在 UIApplicationMain 里面有这样一个 run loop 在分发 input 或 timer 事件。

1.什么是NSRunLoop？
我们会经常看到这样的代码：

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-(IBAction)start:(id)sender
{
pageStillLoading =YES;
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(loadPageInBackground:)toTarget:self withObject:nil];
[progress setHidden:NO];
while(pageStillLoading){
[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
}
[progress setHidden:YES];
}

这段代码很神奇的，因为他会“暂停”代码运行，而且程序运行不会因为这里有一个while循环而受到影响。在[progress setHidden:NO]执行之后，整个函数想暂停了一样停在循环里面，等loadPageInBackground里面的操作都完成了以后才让[progress setHidden:YES]运行。这样做就显得简介，而且逻辑很清晰。如果你不这样做，你就需要在loadPageInBackground里面表示load完成的地方调用[progress setHidden:YES]，显得代码不紧凑而且容易出错。
那么具体什么是NSRunLoop呢？其实NSRunLoop的本质是一个消息机制的处理模式。如果你对vc++编程有一定了解，在windows中，有一系列很重要的函数SendMessage，PostMessage，GetMessage，这些都是有关消息传递处理的API。但是在你进入到Cocoa的编程世界里面，我不知道你是不是走的太快太匆忙而忽视了这个很重要的问题，Cocoa里面就没有提及到任何关于消息处理的API，开发者从来也没有自己去关心过消息的传递过程，好像一切都是那么自然，像大自然一样自然？在Cocoa里面你再也不用去自己定义WM_COMMAD_XXX这样的宏来标识某个消息，也不用在switch-case里面去对特定的消息做特别的处理。难道是Cocoa里面就没有了消息机制？答案是否定的，只是Apple在设计消息处理的时候采用了一个更加高明的模式，那就是RunLoop。

2. NSRunLoop工作原理
接下来看一下NSRunLoop具体的工作原理，首先是官方文档提供的说法，看图：

通过所有的“消息”都被添加到了NSRunLoop中去，而在这里这些消息并分为“input source”和“Timer source” 并在循环中检查是不是有事件需要发生，如果需要那么就调用相应的函数处理。为了更清晰的解释，我们来对比VC++和iOS消息处理过程。

VC++中在一切初始化都完成之后程序就开始这样一个循环了（代码是从户sir mfc程序设计课程的slides中截取）：

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int APIENTRY WinMain(HINSTANCE hInstance,HINSTANCE hPrevInstance,LPSTR lpCmdLine,int nCmdShow){
...
while(GetMessage(&msg, NULL,0,0)){
if(!TranslateAccelerator(msg.hwnd, hAccelTable,&msg)){
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
}
}

可以看到在GetMessage之后就去分发处理消息了，而iOS中main函数中只是调用了UIApplicationMain，那么我们可以介意猜出UIApplicationMain在初始化完成之后就会进入这样一个情形：

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int UIApplicationMain(...){
...
while(running){
[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
}
...
}

所以在UIApplicationMain中也是同样在不断处理runloop才是的程序没有退出。刚才的我说了NSRunLoop是一种更加高明的消息处理模式，他就高明在对消息处理过程进行了更好的抽象和封装，这样才能是的你不用处理一些很琐碎很低层次的具体消息的处理，在NSRunLoop中每一个消息就被打包在input source或者是timer source中了，当需要处理的时候就直接调用其中包含的相应对象的处理函数了。所以对外部的开发人员来讲，你感受到的就是，把source/timer加入到runloop中，然后在适当的时候类似于[receiver action]这样的事情发生了。甚至很多时候，你都没有感受到整个过程前半部分，你只是感觉到了你的某个对象的某个函数调用了。比如在UIView被触摸时会用touchesBegan/touchesMoved等等函数被调用，也许你会想，“该死的，我都不知道在那里被告知有触摸消息，这些处理函数就被调用了！？”所以，消息是有的，只是runloop已经帮你做了！为了证明我的观点，我截取了一张debug touchesBegan的call stack，有图有真相：

iPhone开发应用中NSOperation多线程使用是本文要介绍的内容，首先创建一个线程类，RequestOperation，它继承NSOperation，而后我们在控制器类当中，创建一个NSOperationQueue对象，将该线成加入到序列中。它就会自动的从NSOperationQueue当中取到我们加入的线程，而后运行线成的start方法。