Cocoa Touch(三): 多线程GCD, NSObject, NSThread, NSOperationQueue, @synchronized

2016-03-13 11:49

    多线程的重要性不必多言,现代操作系统不可能离开进程线程的抽象。具体到ios应用,我们只能在一个进程中管理线程,主线程不应该去执行非常耗时间的后台操作导致出现卡机现象,后台的事情交给后台线程来完成。

 

Grand Central Dispatch

GCD编程的核心就是dispatch队列,dispatch block的执行最终都会放进某个队列中去进行,它类似NSOperationQueue但更复杂也更强大,并且可以嵌套使用。所以说,结合block实现的GCD,把函数闭包(Closure)的特性发挥得淋漓尽致。

 

dispatch队列的生成可以有这几种方式:

1. dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); //生成一个串行队列,队列中的block按照先进先出(FIFO)的顺序去执行,实际上为单线程执行。第一个参数是队列的名称,在调试程序时会非常有用,所有尽量不要重名了。

2. dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); //生成一个并发执行队列,block被分发到多个线程去执行

3. dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); //获得程序进程缺省产生的并发队列,可设定优先级来选择高、中、低三个优先级队列。由于是系统默认生成的,所以无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。需要注意的是,三个队列不代表三个线程,可能会有更多的线程。并发队列可以根据实际情况来自动产生合理的线程数,也可理解为dispatch队列实现了一个线程池的管理,对于程序逻辑是透明的。

官网文档解释说共有三个并发队列,但实际还有一个更低优先级的队列,设置优先级为DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND。Xcode调试时可以观察到正在使用的各个dispatch队列。

4. dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); //获得主线程的dispatch队列,注意这个队列中的任务需要被主线程完成。同样无法控制主线程dispatch队列的执行继续或中断。

接下来我们可以使用dispatch_async或dispatch_sync函数来加载需要运行的block。

dispatch_async(queue, ^{

  //block具体代码

}); //异步执行block,函数立即返回

dispatch_sync(queue, ^{

  //block具体代码

}); //同步执行block,函数不返回,一直等到block执行完毕。编译器会根据实际情况优化代码,所以有时候你会发现block其实还在当前线程上执行,并没用产生新线程。

实际编程经验告诉我们,尽可能避免使用dispatch_sync,嵌套使用时还容易引起程序死锁。

如果queue1是一个串行队列的话,这段代码立即产生死锁:

dispatch_sync(queue1, ^{

dispatch_sync(queue1, ^{

    ......

  });

  ......

 });

在主线程当中,为什么下面代码也肯定死锁:

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

  ......

});

 

那实际运用中,一般可以用dispatch这样来写,常见的网络请求数据多线程执行模型:

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

  //子线程中开始网络请求数据

  //更新数据模型

  dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

    //在主线程中更新UI代码

  });

});

程序的后台运行和UI更新代码紧凑,代码逻辑一目了然。

 

dispatch队列是线程安全的,可以利用串行队列实现锁的功能。比如多线程写同一数据库,需要保持写入的顺序和每次写入的完整性,简单地利用串行队列即可实现:

dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.dispatch.writedb", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

- (void)writeDB:(NSData *)data

{

  dispatch_async(queue1, ^{

    //write database

  });

}

下一次调用writeDB:必须等到上次调用完成后才能进行,保证writeDB:方法是线程安全的。

 

dispatch队列还实现其它一些常用函数,包括:

void dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void (^block)(size_t)); //重复执行block,需要注意的是这个方法是同步返回,也就是说等到所有block执行完毕才返回,如需异步返回则嵌套在dispatch_async中来使用。多个block的运行是否并发或串行执行也依赖queue的是否并发或串行。

void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //这个函数可以设置同步执行的block,它会等到在它加入队列之前的block执行完毕后,才开始执行。在它之后加入队列的block,则等到这个block执行完毕后才开始执行。

void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //同上,除了它是同步返回函数

void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //延迟执行block

最后再来看看dispatch队列的一个很有特色的函数:

void dispatch_set_target_queue(dispatch_object_t object, dispatch_queue_t queue);

它会把需要执行的任务对象指定到不同的队列中去处理,这个任务对象可以是dispatch队列,也可以是dispatch源。而且这个过程可以是动态的,可以实现队列的动态调度管理等等。比如说有两个队列dispatchA和dispatchB,这时把dispatchA指派到dispatchB:

dispatch_set_target_queue(dispatchA, dispatchB);

那么dispatchA上还未运行的block会在dispatchB上运行。这时如果暂停dispatchA运行:

dispatch_suspend(dispatchA);

则只会暂停dispatchA上原来的block的执行,dispatchB的block则不受影响。而如果暂停dispatchB的运行,则会暂停dispatchA的运行。

这里只简单举个例子,说明dispatch队列运行的灵活性,在实际应用中你会逐步发掘出它的潜力。

 

优点:简单方便,直接捕获变量进入block(只读访问,除非用__block声明)。

缺点:dispatch队列暂时不支持cancel(取消),没有实现dispatch_cancel()函数,不像NSOperationQueue。

  

NSObject

所有继承于NSObject类的类实例,都可以调用启动多线程的方法。

以下3个函数是多线程的方法: 

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg,创建一个真正的新线程,不过无法引用到这个线程

[self performSelectorOnMainThread:@selector(updateImage:) withObject:data waitUntilDone:YES]; 通知主线程执行操作,一般用于更新界面

[self performSelector:@selector(run) onThread:thread withObject:nil waitUntilDone:YES];  等待selector指定的函数被某个线程执行完成后,当前线程再继续当前任务

以下2个函数实际上不是多线程:

[self performSelector:@selector(run) withObject:nil];等待selector指定的函数被当前线程执行完成后,当前线程再继续当前任务

performSelector:withObject:afterDelay:当前线程执行完成后,再启动线程去执行selector所选择的方法

 

Objective-C中调用函数的方法是“消息传递”,这个和普通的函数调用的区别是,你可以随时对一个对象传递任何消息,而不需要在编译的时候声明这些方法。所以Objective-C可以在runtime的时候传递人和消息。

 

优点:简单方便,并且允许在运行时动态调用一个对象的任意方法

缺点:如果需要传递参数,不如GCD

 

NSThread

NSThread类是轻量级的多线程开发的类,使用起来也并不复杂,但是使用NSThread需要自己管理线程生命周期。NSThread中封装了方法:
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(id)argument 创建一个真实的新线程,不过无法引用到这个线程

- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(id)argument 创建一个线程对象,可以引用到一个新线程,调用start方法创建真实的线程。

[thread start]; 创建一个真实的线程,并且把线程对象thread作为这个线程的引用

[thread cancel]; 取消对象thread所引用的那个线程

这个类命名空间下还提供了一些实用的类方法:

NSThread *current = [NSThread currentThread]; 获取当前线程

NSThread *main = [NSThread mainThread]; 获取主线程

[NSThread sleepForTimeInterval:2];  或  [NSThread sleepUntilDate:date];  暂停正在执行这段代码的进程,也就是当前进程

 

优点:以面对对象的观点引用线程,方便线程生命周期的管理和多线程之间的同步;这个类可以配合performselector方法使用;提供了一些实用的类方法,如获取当前线程的引用、暂停当前线程等。

缺点:需要定义单独的线程类来代表新的线程,较为繁琐,不够直接

 

 

 NSOperation

 我们先直接通过代码来领会一个任务队列。

invocation pperation(通过selector指定任务)

-(void)loadImageWithMultiThread{
    /*创建一个调用操作
     object:调用方法参数
    */
    NSInvocationOperation *invocationOperation=[[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(loadImage) object:nil];
    //进程通过start方法后才能启动操作,但是注意如果直接调用start方法,则此操作会在主线程中调用,一般不会这么操作,而是添加到NSOperationQueue中
//    [invocationOperation start];
    
    //创建操作队列
    NSOperationQueue *operationQueue=[[NSOperationQueue alloc]init];
    //注意添加到操作队后,队列会开启一个线程执行此操作
    [operationQueue addOperation:invocationOperation];
}

block operation(通过block指定任务)

NSOperationQueue *operationQueue=[[NSOperationQueue alloc]init];
operationQueue.maxConcurrentOperationCount=5;//设置最大并发线程数
[operationQueue addOperationWithBlock:^{
            [self loadImage:[NSNumber numberWithInt:i]];
        }];
//更新UI界面,此处调用了主线程队列的方法(mainQueue是UI主线程)
[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
    [self updateImageWithData:data andIndex:i];
}];

概念上,一个任务队列operation queue相当于一个由很多线程和任务组成的池。在一些应用场景之下,比如当需要下载很多张图片,可以把下载任务和相应的线程统一交给operation queue来管理,方便了操作。

一个NSOperation的实例定义了一个任务,可以通过调用start方法在当前线程启动它对应的任务,不过一般不这么做,而是把operation加入Operation queue中统一管理。对于invocation operation和block operation,两种方式本质没有区别,但是是后者使用Block形式进行代码组织,传参容易,使用相对方便。

 

优点:统一管理大量的任务和线程,适用于下载大量图片等场景。