谈iOS多线程(NSThread、NSOperation、GCD)编程

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minggo
2016.01.27 11:07* 字数 2224 阅读 13157评论 35赞赏 1
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一周六早上,小明处于安全考虑,去银行服务厅申请多一张银行卡作为手机消费指定数额不多的专用卡。到了银行,看到大厅坐满了人,唱K的唱K,念经的念经,呕奶的呕奶,彼起此伏,声声入耳,直赶清华大学演奏团演奏的《小苹果》,呀~!其实真实的情况是:每个人都做着椅子上低下头盯着各自的手机,小明也不例外,找了个角落,浏览起3016年的新闻。半个小时过去了,40分钟过去了,一个小时过去!小明等怒了,大喊“嘿嘿嘿,开多一条线程不可以吗!!!”

“什么是多一条线程啊?”
文章大纲

一.基本概念

计算机操作系统都有的基本概念,以下概念简单方式来描述。

  1. 进程: 一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。可以理解成一个运行中的应用程序。
  2. 线程: 程序执行流的最小单元,线程是进程中的一个实体。
  3. 同步: 只能在当前线程按先后顺序依次执行,不开启新线程。
  4. 异步: 可以在当前线程开启多个新线程执行,可不按顺序执行。
  5. 队列: 装载线程任务的队形结构。
  6. 并发: 线程执行可以同时一起进行执行。
  7. 串行: 线程执行只能依次逐一先后有序的执行。

注意:

  • 一个进程可有多个线程。
  • 一个进程可有多个队列。
  • 队列可分并发队列和串行队列。

二.iOS多线程对比

1. NSThread

每个NSThread对象对应一个线程,真正最原始的线程。
1)优点:NSThread 轻量级最低,相对简单。
2)缺点:手动管理所有的线程活动,如生命周期、线程同步、睡眠等。

2. NSOperation

自带线程管理的抽象类。
1)优点:自带线程周期管理,操作上可更注重自己逻辑。
2)缺点:面向对象的抽象类,只能实现它或者使用它定义好的两个子类:NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation。

3. GCD

Grand Central Dispatch (GCD)是Apple开发的一个多核编程的解决方法。
1)优点:最高效,避开并发陷阱。
2)缺点:基于C实现。

4. 选择小结

1)简单而安全的选择NSOperation实现多线程即可。
2)处理大量并发数据,又追求性能效率的选择GCD。
3)NSThread本人选择基本上是在做些小测试上使用,当然也可以基于此造个轮子。

三.场景选择

  1. 图片异步加载。这种常见的场景是最常见也是必不可少的。异步加载图片有分成两种来说明一下。
    第一种,在UI主线程开启新线程按顺序加载图片,加载完成刷新UI。
    第二种,依然是在主线程开启新线程,顺序不定地加载图片,加载完成个字刷新UI。
  2. 创作工具上的异步。 这个跟上边任务调度道理差不多,只是为了丰富描述,有助于“举一反三”效果。如下描述的是app创作小说。
    场景一,app本地创作10个章节内容未成同步服务器,接着同时发表这10个章节将产生的一系列动作,其中上传内容,获取分配章节Id,如果后台没有做处理最好方式做异步按顺序执行。
    场景二,app本地创作列表中有3本小说要发表,如果同时发表创作列表中的3本小说,自然考虑并行队列执行发表。

四.使用方法

第三标题场景选择内容实现先留下一个悬念。具体实现还是先熟知一下各自的API先。

1. NSThread

1.1)三种实现开启线程方式:
①.动态实例化

							
								NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(loadImageSource:) object:imgUrl];
thread.threadPriority = 1;// 设置线程的优先级(0.0 - 1.0,1.0最高级)
[thread start];  

						

②.静态实例化

							[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(loadImageSource:) toTarget:self withObject:imgUrl];   

						

③.隐式实例化

							[self performSelectorInBackground:@selector(loadImageSource:) withObject:imgUrl];  

						

有了以上的知识点,可以试探了一下编写场景选择中的“图片加载”的基本功能了。

1.2)使用这三种方式编写代码

							
								//动态创建线程
-(void)dynamicCreateThread{
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(loadImageSource:) object:imgUrl];
    thread.threadPriority = 1;// 设置线程的优先级(0.0 - 1.0,1.0最高级)
    [thread start];
}

//静态创建线程
-(void)staticCreateThread{
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(loadImageSource:) toTarget:self withObject:imgUrl];
}

//隐式创建线程
-(void)implicitCreateThread{
    [self performSelectorInBackground:@selector(loadImageSource:) withObject:imgUrl];
}

-(void)loadImageSource:(NSString *)url{
    NSData *imgData = [NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:url]];
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imgData];
    if (imgData!=nil) {
        [self performSelectorOnMainThread:@selector(refreshImageView:) withObject:image waitUntilDone:YES];
    }else{
        NSLog(@"there no image data");
    }
}

-(void)refreshImageView:(UIImage *)image{
    [self.imageView setImage:image];
}

						

1.3)看先效果图

NSThread多线程加载效果
NSThread多线程加载效果

1.4)NSThread的拓展认识
①获取当前线程

							
								NSThread *current = [NSThread currentThread];   

						

②获取主线程

							
								NSThread *main = [NSThread mainThread];   

						

③暂停当前线程

							[NSThread sleepForTimeInterval:2];  

						

④线程之间通信

							
								//在指定线程上执行操作
[self performSelector:@selector(run) onThread:thread withObject:nil waitUntilDone:YES]; 
//在主线程上执行操作
[self performSelectorOnMainThread:@selector(run) withObject:nil waitUntilDone:YES]; 
//在当前线程执行操作
[self performSelector:@selector(run) withObject:nil]; 

						

显然动态创建线程多了几行代码,其实就是那几行代码,如果重复编写数遍那是一件多么不爽的事情。首次看来静态方法创作线程和隐式创建线程显得比较方便,简洁。从知识结构来说,讲到这里应该讲述一下线程锁,鉴于并不常用和文章过长就不在此详细讲述,有兴趣可以自行查阅。

2. NSOperation

主要的实现方式:结合NSOperation和NSOperationQueue实现多线程编程。

  • 实例化NSOperation的子类,绑定执行的操作。
  • 创建NSOperationQueue队列,将NSOperation实例添加进来。
  • 系统会自动将NSOperationQueue队列中检测取出和执行NSOperation的操作。

2.1)使用NSOperation的子类实现创作线程。
①.NSInvocationOperation创建线程。

							
								NSInvocationOperation *invocationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(loadImageSource:) object:imgUrl];
//[invocationOperation start];//直接会在当前线程主线程执行
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
[queue addOperation:invocationOperation];  

						

②.NSBlockOperation创建线程

							
								NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [self loadImageSource:imgUrl];
}];

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
[queue addOperation:blockOperation];  

						

③.自定义NSOperation子类实现main方法

实现main方法

							-(void)main {   
    // Do somthing
} 

						

创建线程实例并添加到队列中

							LoadImageOperation *imageOperation = [LoadImageOperation new];
imageOperation.loadDelegate = self;
imageOperation.imgUrl = imgUrl;

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
[queue addOperation:imageOperation];

						

2.2)使用这三种方式编写代码

创建各个实例并添加到队列表当中

							
								//使用子类NSInvocationOperation
-(void)useInvocationOperation{
    NSInvocationOperation *invocationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(loadImageSource:) object:imgUrl];
    //[invocationOperation start];//直接会在当前线程主线程执行
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperation:invocationOperation];

}

//使用子类NSBlockOperation
-(void)useBlockOperation{

    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [self loadImageSource:imgUrl];
    }];

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperation:blockOperation];

}
//使用继承NSOperation
-(void)useSubclassOperation{

    LoadImageOperation *imageOperation = [LoadImageOperation new];
    imageOperation.loadDelegate = self;
    imageOperation.imgUrl = imgUrl;

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperation:imageOperation];
}

-(void)loadImageSource:(NSString *)url{

    NSData *imgData = [NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:url]];
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imgData];
    if (imgData!=nil) {
        [self performSelectorOnMainThread:@selector(refreshImageView1:) withObject:image waitUntilDone:YES];
    }else{
        NSLog(@"there no image data");
    }

}

-(void)refreshImageView1:(UIImage *)image{
    [self.loadingLb setHidden:YES];
    [self.imageView setImage:image];
}

-(void) loadImageFinish:(UIImage *)image{
    [self.loadingLb setHidden:YES];
    [self.imageView setImage:image];
}

						

附自定义NSOperation子类main主要代码实现

							- (void)main {

    if (self.isCancelled) return;
    
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:self.imgUrl];
    NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
            
    if (self.loadDelegate!=nil&&[self.loadDelegate respondsToSelector:@selector(loadImageFinish:)]) {
        
        [(NSObject *)self.loadDelegate performSelectorOnMainThread:@selector(loadImageFinish:) withObject:image waitUntilDone:NO];
    }
}

						

2.3)看先效果图

NSOperation多线程加载效果
NSOperation多线程加载效果

3. GCD多线程

GCD是Apple开发,据说高性能的多线程解决方案。既然这样,就细说一下这个解决方案。
进过Nsthread和NSOperation的讲述和上边的基础概念,可以开始组合用起来吧。并发队列串行队列都用起来。
3.1)分发队列种类(dispatch queue)
①.UI主线程队列 main queue

							dispatch_get_main_queue()  

						

②.并行队列global dispatch queue

							dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)  

						

这里的两个参数得说明一下:第一个参数用于指定优先级,分别使用DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH和DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW两个常量来获取高和低优先级的两个queue;第二个参数目前未使用到,默认0即可

③.串行队列serial queues

							dispatch_queue_create("minggo.app.com", NULL);  

						

3.2)6种多线程实现
①后台执行线程创建

							
								dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    [self loadImageSource:imgUrl1];
});

						

②UI线程执行(只是为了测试,长时间加载内容不放在主线程)

							
								dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
    [self loadImageSource:imgUrl1];
});

						

③一次性执行(常用来写单例)

							
								static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    [self loadImageSource:imgUrl1];
});

						

④并发地执行循环迭代

							
								dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
size_t count = 10;
dispatch_apply(count, queue, ^(size_t i) {
    NSLog(@"循环执行第%li次",i);
    [self loadImageSource:imgUrl1];
});  

						

⑤延迟执行

							
								double delayInSeconds = 2.0;
dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds * NSEC_PER_SEC);
dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
    [self loadImageSource:imgUrl1];
});  

						

⑥自定义dispatch_queue_t

							
								dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("minggo.app.com", NULL);
dispatch_async(urls_queue, ^{
    [self loadImageSource:imgUrl1];
});

						

3.3)对比多任务执行
异步加载图片是大部分app都要面对的问题,那么加载图片是按循序加载完之后才刷新UI呢?还是不安顺序加载UI呢?显然大部分的希望各自加载各自的图片,各自刷新。以下就是模拟这两种场景。

①先后执行,加载两张图片为例

							
								dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    
    UIImage *image1 = [self loadImage:imgUrl1];
    UIImage *image2 = [self loadImage:imgUrl2];
    
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.imageview1.image = image1;
        self.imageView2.image = image2;
    });
});  

						

②并行队列执行,也是以加载两张图片为例

							
								dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);


dispatch_async(queue, ^{
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    __block UIImage *image1 = nil;
    __block UIImage *image2 = nil;
    
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        image1 = [self loadImage:imgUrl1];
    });
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        image2 = [self loadImage:imgUrl2];
    });
    
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.imageview1.image = image1;
        self.imageView2.image = image2;
        
    });
});

						

①中等到两张图片加载完成后一起刷新,②就是典型的异步并行的例子,不需要理会各自图片加载的先后问题,完成加载图片刷新UI即可。从加载图片中来说,第①种不太合适使用,但是对于在上边场景选择中的创作工具来说有很大的好处,首先得异步进行,然后异步中有得按顺序执行几个任务,比如上传章节内容。因此,我们可以灵活考虑使用这两多线程任务执行方式,实现各种场景。
3.4)编码实现
以上3.3的内容99%代码一样,就不提供一个稍微整体的代码了。看看下边的效果图吧。
3.5)效果图如下

GCD多线程加载效果
GCD多线程加载效果

五.源码地址

https://github.com/minggo620/iOSMutipleThread.git
如果小明这么跟银行柜台的MM讲多线程,会不会。。。“给我滚出去~~”。

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