多线程---iOS-Apple苹果官方文档翻译

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多线程 

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多线程的应用 
• 耗时操作,例如网络图片、视频、歌曲、书籍等资源下载 • 游戏中的声音播放
 

 
 
多线程示意图 
• 充分发挥多核处理器的优势,并发(同时执行) 执行任务让系统运行的更快、更流畅

 
进程与线程概念 
•  一个运行的程序就是一个进程或者叫做一个任务 
•  一个进程至少包含一个线程,线程是程序的执行流 
•  iOS程序启动时,在创建一个进程的同时, 会开始运行一个线程,该 线程被称为主线程 
•  主线程是其他线程最终的父线程,所有界面的显示操作必须在主线程 进行    
•  后台线程无法更新UI界面和响应用户点击事件 
•  系统中的每一个进程都有自己独立的虚拟内存空间,而同一个进程中 
的多个线程则共用进程的内存空间 
•  每创建一个新的线程,都会消耗一定内存和CPU时间 
•  当多个线程对同一个资源出现争夺的时候需要注意线程安全问题 

多线程的优势与难点 
• 优势
–  充分发挥多核处理器优势,将不同线程任务分配给不同的处 
   理器,真正进入“并行运算”状态

–  将耗时、轮询或者并发需求高等任务分配到其他线程执行, 并由主线程负责统一更新界面会使得应用程序更加流畅,用 户体验更好 
–  当硬件处理器的数量增加,程序会运行更快,而无需做任何 调整 
• 难点 
–  共享资源的“争夺” 
–  多线程是为了同步完成多项任务,不是为了提高运行效率, 而是为了通过提高资源使用效率来提高系统的整体性能 

多线程使用注意事项 
• 线程使用不是无节制的– iOS中的主线程的堆栈大小是1M
– 从第二个线程开始都是512KB
– 这些数值不能通过编译器开关或线程API函数更改
• 只有主线程有直接修改UI的能力

iOS的三种多线程技术 

1.  NSThread  每个 NSThread 对象对应一个线程,量级较轻(真正的多线
程)
2.  以下两点是苹果专门开发的“并发”技术,使得程序员可以不再去 关心线程的具体使用问题
.1.    NSOperation/NSOperationQueue  面向对象的线程技术 
.2.    GCD —— Grand Central Dispatch (派发)  是基于 C 语言的框架, 可以充分利用多 
     核 ,是苹果推荐使用的多线程技术
.
以上这三种编程方式从上到下,抽象度层次是从低到高的, 抽象度越高 的使用越简单,也是 Apple 最推荐使用的 。但是就目前而言, iOS 的开发者, 需要了解三种多线程技术的基本使用过程。因为很多框架技术分别使用 了不同多线程技术。

三种多线程技术的对比 
•  NSThread:
–    优点: NSThread  比其他两个轻量级, 使用简单 
–    缺点: 需要自己管理线程的生命周期、线程同步、加锁、睡眠以 及唤醒等 。线程同步 对数据的加锁 会有一定的系统开销 
•  NSOperation : 
–    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 是面向对象的  •  GCD : 
–    Grand Central Dispatch 是 由苹果开发的一个多核编程的解决方案 。  iOS4.0+ 才能使用,是替代 NSThread ,  NSOperation 的高效和强大 的技术 

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–    GCD 是基于 C 语言的 

演练( 1 ) NSObject 的多线程方法 —— 准备 
.1.    创建一个耗时较长的操作 
.2.    创建一个耗时较短的操作 
.3.    在界面中心放置两个按钮,分别调用 这两个任务 
.4.    使用 [NSThread currentThread] 分别打 印各个任务所在的线程 
.5.    运行观察效果 
•    提示: 
•    NSLog 是一个相当耗时的操作 在应用 程序正式发布前,一定记住需要对应用 中的 NSLog 方法进行处理 
•    无论使用哪一种多线程技术,均可以使 用 [NSThread currentThread] 查看当前任 务所在线程 
 

 
 
NSObject 的多线程方法 —— 后台线程
- ( void )performSelectorInBackground:( SEL )aSelector
withObject:( id )arg 
•    通常,由于线程管理相对比较繁琐,而很多耗时的任务又无法知道其准 确的完成时间,因此可以使用 performSelectorInBackground 方法 直接新建一个后台线程,并将选择器指定的任务在后台线程执行,而无 需关心具体的 NSThread 对象   
•    提示: 
–  performSelectorInBackground 方法本身是在主线程中执行的, 
而选择器指定的方法是在后台线程中进行的 
–  使用 performSelectorInBackground 方法调用的任务可以更新 
UI 界面 –  在大型交互式游戏中,通常使用此方法在后台线程播放音效   

@autoreleasepool  

•  内存管理对于多线程非常重要
•  Objective-C 可以凭借 @autoreleasepool 使用内存资源,并需要时回 收资源
•  每个线程都需要有 @autoreleasepool ,否则可能会出现内存泄漏 

NSObject 的多线程方法 —— 主线程
- ( void )performSelectorOnMainThread:( SEL )aSelector
withObject:( id )arg waitUntilDone:( BOOL )wait; 
•  如果要更新 UI 界面,可以在后台线程中调用
performSelectorOnMainThread 方法 
•  提示 :尽管使用 performSelectorInBackground 方法调用的任务 可以更新 UI 界面,但是在实际开发中,涉及到 UI 界面的更新操作,还 是要使用 performSelectorOnMainThread 方法,以避免不必要的 麻烦

NSObject 的多线程小结 

•  开启后台执行任务的方法
-  ( void )performSelectorInBackground:( SEL )aSelector withObject:( id )arg
•  在后台线程中通知主线程执行任务的方法 –  ( void )performSelectorOnMainThread:( SEL )aSelector
withObject:( id )arg waitUntilDone:( BOOL )wait;  •  获取线程信息
[ NSThread  currentThread ];  •  线程休眠
   [ NSThread  sleepForTimeInterval : 1.0f ];
•  特点: –  使用简单,量级轻 –  不能控制线程的执行顺序 

NSThread  •  创建线程方法: 
1.  + ( void )detachNewThreadSelector:( SEL ) selector  toTarget:( id ) target  withObject:( id ) argument ; 
2.  - ( id )initWithTarget:( id ) target  selector: ( SEL ) selector  object:( id ) argument ; 
•  参数说明: –  selector : 线程执行的方法 ,只能有一个参数,不能有返回值 
–  target : selector 消息发送的对象  –  argument :传输给 target 的唯一参数,也可以是 nil

NSThread 演练 —— 加载图片 

•  detachNewThreadSelector
方法会直接启动线程方法 
•  initWithTarget 需要调用  start 方法才能够启动线程方 法 
 

 
NSOperation & NSOperationQueue
•  NSOperation 的两个子类 1.  NSInvocationOperation 2.  NSBlockOperation
•  工作原理:

1.  用 NSOperation 封装要执行的操作

2.  将创建好的 NSOperation 对象放 NSOperationQueue 中 

3.  启动 OperationQueue 开始新的线程执行队列中的操作
•  注意事项:
.1.    使用多线程时通常需要控制线程的并发数 ,因为线程会消耗系统资源, 
    同时运行的线程过多,系统会变慢
.
.2.    使用以下方法可以控制并发的线程数量: 
-  ( void )setMaxConcurrentOperationCount:( NSInteger )cnt; 

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NSOperation 演练 —— 加载图片 
.1.    不能直接使用 NSOperation 
.2.    定义完操作后, 将添加到操作队列中 ,即可启动异步操作,否则操 作任务仍然在主线程中执行 
.3.    使用 NSBlockOperation 更加简单直接 
.4.    使用 setMaxConcurrentOperationCount 可以限制并发操作数 
量,降低系统开销   
.5.    使用 addDependency 可以建立操作之间的依赖关系,设定操作的执行 顺序 

 
 
 
 
GCD  •  GCD 是基于 C 语言的框架
•  工作原理 :
–    让程序平行排队的特定任务,根据可用的处理资源, 安排它们在 
   任何可用的处理器上执行任务

–    要执行的任务可以是一个函数或者一个 block 
–    底层是通过线程实现的,不过程序员可以不必关注实现的细节 
–    GCD 中的 FIFO 队列称为 dispatch queue ,可以保证先进来的任务先 得到执行 
–    dispatch_notify  可以实现 监听一组任务是否完成 ,完成后得 到通知 
•  GCD 队列 : 1.  全局队列: 所有添加到主队列中的任务都是并发执行的 2.  串行队列: 所有添加到串行队列中的任务都是顺序执行的  3.  主队列: 所有添加到主队列中的任务都是在主线程中执行的 

获取队列的方法 
•  全局队列(可能会开启多条线程)  dispatch_queue_t  queue =
dispatch_get_global_queue ( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT ,  0 );   •  串行队列(只可能会开启一条线程) 
dispatch_queue_t  queue =  dispatch_queue_create ( "myQueue" ,  DISPATCH_QUEUE_SERIAL ); 
•  主队列    dispatch_get_main_queue (); 

GCD 任务的执行方式 —— 同步 & 异步 
•  异步操作 
–  dispatch_async  在其他线程执行任务,会开启新的线程    –  异步方法无法确定任务的执行顺序 
•  同步操作 –  dispatch_sync  在当前在当前线程执行任务,不开启新的线程 
–  同步操作与队列无关 
–  同步方法会依次执行,能够决定任务的执行顺序    –  更新界面 UI 时,最好使用同步方法 

GCD 演练 —— 加载图片 
•  GCD 的优点: –  充分利用多核 –  所有的多线程代码集中在一起,便于维护  –  GCD 中无需使用 @autoreleasepool
–  如果要顺序执行,可以使用 dispatch_sync 同步方法    –  dispatch_async 无法确定任务的执行顺序 

单例模型 
•  目的 : –  保证在内存中永远只有类的单个实例
•  建立方法 :

1.  声明一个静态成员变量,记录唯一实例 

2.  重写 allocWithZone 方法
allocWithZone 方法是对象分配内存空间时,最终会调用的方法, 重写该方法,保证只会分配一个内存空间
3.  建立 sharedXXX 类方法,便于其他类访问

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互斥锁的目的，一次只让一个线程访问资源，从而达到资源的线程安全。

 

在 iPhone 开发中，通常要尽量避免使用互斥锁！ 

多线程演练 —— 卖票 
•  系统预设 –  共有 30 张票可以销售( 开发时可以少一些,专注实现)  –  售票工作由两个线程并发进行 –  没有可出售票据时,线程工作停止 –  两个线程的执行时间不同,模拟售票人员效率不同 –  使用一个多行文本框公告售票进度(主线程更新 UI )
•  线程工作安排 –  主线程:负责更新 UI
–  线程 1 :模拟第 1 名卖票员  –  线程 2 :模拟第 2 名卖票员  –  两个线程 几乎 同时开始卖票


单线程卖票流程图 


多线程卖票示意图 

演练准备 —— 更新 UI 方法,由主线程调用 

// 1.  取出当前的文本 
NSMutableString  *str = [ NSMutableString  stringWithString : [ self . textView  text ]]; 
// 2.  追加文本  [str  appendFormat : @"%@\n" , text];
// 3.  设置文本  [ self . textView  setText :str];
// 4.  选中最末位置,实现自动滚动效果  NSRange  range =  NSMakeRange (str. length  -  1 ,  1 );  [ self . textView  scrollRangeToVisible :range]; 

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卖票演练 
•  资源争夺
–    仅使用单例模式无法解决资源争夺问题 
–    使用互斥锁 @synchronized 可以保证多个线程不会使用同一代码块,而且比  NSLock 具有更好的性能   
–    为了保证属性安全,被争夺资源的属性应该设置为原子属性 atomic  •  GCD 
–    GCD 的多线程更加灵活、方便 
–    dispatch_group_notify 可以监听一组任务是否完成 。这个方法很有用,比如 
    你执行三个下载任务,当三个任务都下载完成后,才通知界面说已经完成

–    如果不需要监听一组任务,可以直接使用 dispatch_async 方法 
•  NSOperation
–  更新界面时使用 [[ NSOperationQueue 
mainQueue ] addOperationWithBlock : 方法    •  NSThread 
–  涉及到线程调度问题,日常开发不建议使用 


三种多线程技术的流程对比 

关于 iOS 多线程使用的建议 

•  掌握大纲内容即可,关于多个线程之间的调度问题,待日后熟练后可
以自行学习,目前不建议再继续深入   

•  关于多线程必须记住的三个要点
–  只能在主线程中更新 UI
–  共享数据争夺的处理 ,互斥锁 @synchronized ( self ) 和原子属
性 atomic
–  不要使用多种多线程技术去争夺同一个资源 
•  使用多线程是为了处理并发操作的。如果有可能,我们不要去做抢资 源的事情 互斥锁的代价相当的昂贵 

 

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