iOS之多线程
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2022-03-09 09:28:00
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进程和线程
首先，在了解多线程之前要了解什么是进程，什么是线程
- 什么是进程呢？
进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。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。 - 什么是线程呢？
- 基本概念
一个进程要想执行任务，必须得有至少一个线程，线程是进程的基本执行单元，一个进程（程序）的所有任务都在线程中执行。 - 线程的串行
一个线程中任务的执行是串行的，如果要在1个线程中执行多个任务，那么只能一个一个地按顺序执行这些任务。也就是说，在同一时间内，1个线程只能执行1个任务。
- 基本概念
多线程
了解进程和线程后，再来看看什么是多线程
- 什么是多线程？
即在一个进程（程序）中可以开启多条线程，每条线程可以并行（同时）执行不同的任务。 - 线程的并行
并行即同时执行。比如同时开启3条线程分别下载3个文件（分别是文件A、文件B、文件C。 - 多线程并发执行的原理
在同一时间里，CPU只能处理一条线程，只有一条线程在工作（执行）。多线程并发（同时）执行，其实是CPU快速地在多条线程之间快速切换，如果CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程并发执行的假象。 - 多线程优缺点
- 优点
- 能适当提高程序的执行效率。
- 能适当提高资源利用率（CPU、内存利用率）
- 缺点
- 开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，主线程占用1M，子线程占用512KB），如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能。
- 线程越多，CPU在调度线程上的开销就越大。
- 程序设计更加复杂：比如线程之间的通信、多线程的数据共享
- 优点
在iOS开发中开启多线程的方式有些什么
当一个iOS程序运行后，默认会开启1条线程，称为“主线程”或“UI线程”；它的作用就是刷新显示UI,处理UI事件。
-
需要注意的是：
- 不要将耗时操作放到主线程中去处理，会卡住线程。
- 和UI相关的刷新操作必须放到主线程中进行处理。
iOS开发中开启多线程的方式有四种
1. pthread
- 特点：
1) 一套通用的多线程API
2) 适用于Unix\Linux\Windows等系统
3) 跨平台\可移植
4) 使用难度大 - 使用语言：c语言
- 使用频率：几乎不用
- 线程生命周期：由程序员进行管理
2. NSThread
- 特点：
1）使用更加面向对象
2）简单易用，可直接操作线程对象 - 使用语言：OC语言
- 使用频率：偶尔使用
- 线程生命周期：由程序员进行管理
3. GCD
- 特点：
1）旨在替代NSThread等线程技术
2）充分利用设备的多核（自动） - 使用语言：C语言
- 使用频率：经常使用
- 线程生命周期：自动管理
4. NSOperation
- 特点：
1）基于GCD（底层是GCD）
2）比GCD多了一些更简单实用的功能
3）使用更加面向对象 - 使用语言：OC语言
- 使用频率：经常使用
- 线程生命周期：自动管理
四种开启多线程的具体实现代码
1. pthread
说明：pthread的基本使用（需要包含头文件）
#import <pthread.h>
具体实现代码：
//使用pthread创建线程对象
pthread_t thread;
/*
第一个参数:线程对象
第二个参数:线程属性,NULL
第三个参数:指向函数的指针
第四个参数:前一个参数()方法中需要接受的参数
*/
pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
2. NSThread
- NSThread的基本使用
- 第一种创建线程的方式：alloc init.
//特点：需要手动开启线程，可以拿到线程对象进行详细的设置
/*
第一个参数：目标对象
第二个参数：选择器，线程启动要调用哪个方法
第三个参数：前面方法要接收的参数（最多只能接收一个参数，没有则传nil）
*/
NSThread *newThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
//启动线程
[newThread start];
- 第二种创建线程的方式：分离出一条子线程
//特点：不需要手动开启线程，不可以对线程对象进行详细的设置
/*
第一个参数：选择器，线程启动要调用哪个方法
第二个参数：目标对象
第三个参数：前面方法要接收的参数
*/
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
- 第三种创建线程的方式：后台线程
//特点：自动启动线程，不能对线程对象进行详细的设置
/*
第一个参数：线程启动后调用的方法
第二个参数：方法接收的参数
*/
[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];
- 设置线程的属性
//设置线程的属性
//设置线程的名称
thread.name = @"线程A";
//设置线程的优先级,注意线程优先级的取值范围为0.0~1.0之间，1.0表示线程的优先级最高,如果不设置该值，那么理想状态下默认为0.5
thread.threadPriority = 1.0;
- 线程的状态（了解）
***** 线程的各种状态：新建-就绪-运行-阻塞-死亡
//常用的控制线程状态的方法
[NSThread exit];//退出当前线程
[NSThread sleepForTimeInterval:2.0];//阻塞线程
[NSThread sleepUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:2.0]];//阻塞线程
//注意：线程死了不能复生
- 线程安全
01 前提：多个线程访问同一块资源会发生数据安全问题
02 解决方案：加互斥锁
03 相关代码：@synchronized(self){}
04 专业术语-线程同步
05 原子和非原子属性（是否对setter方法加锁） - 线程间通信
-(void)touchesBegan:(nonnull NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(nullable UIEvent *)event
{
//开启一条子线程来下载图片
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downloadImage) toTarget:self withObject:nil];
}
-(void)downloadImage
{
//1.确定要下载网络图片的url地址，一个url唯一对应着网络上的一个资源
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://http://p2.wmpic.me/article/2016/03/17/1458205813_mEsdeUon.jpg"];
//2.根据url地址下载图片数据到本地（二进制数据）
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
//3.把下载到本地的二进制数据转换成图片
UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
//4.回到主线程刷新UI
//4.1 第一种方式
// [self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
//4.2 第二种方式
// [self.imageView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
//4.3 第三种方式
[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) onThread:[NSThread mainThread] withObject:image waitUntilDone:YES];
}
- 如何计算代码段的执行时间
//第一种方法
NSDate *start = [NSDate date];
//2.根据url地址下载图片数据到本地（二进制数据）
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
NSDate *end = [NSDate date];
NSLog(@"第二步操作花费的时间为%f",[end timeIntervalSinceDate:start]);
//第二种方法
CFTimeInterval start = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
CFTimeInterval end = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
NSLog(@"第二步操作花费的时间为%f",end - start);
3. GCD
- GCD基本使用
* 异步函数+并发队列：开启多条线程，并发执行任务
* 异步函数+串行队列：开启一条线程，串行执行任务
* 同步函数+并发队列：不开线程，串行执行任务
* 同步函数+串行队列：不开线程，串行执行任务
* 异步函数+主队列：不开线程，在主线程中串行执行任务
* 同步函数+主队列：不开线程，串行执行任务（注意死锁发生）
* 注意同步函数和异步函数在执行顺序上面的差异 - GCD线程间通信
- 创建串行队列
/*
第一个参数:C语言的字符传,标签
第二个参数:队列的类型
*/
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create(const char *label, DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
- 创建并发队列
/*
第一个参数:C语言的字符传,标签
第二个参数:队列的类型
*/
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create(const char *label, DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
- 创建全局队列
//0.获取一个全局的队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
//1.先开启一个线程，把下载图片的操作放在子线程中处理
dispatch_async(queue, ^{
//2.下载图片
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://p2.wmpic.me/article/2016/03/17/1458205813_mEsdeUon.jpg"];
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
NSLog(@"下载操作所在的线程--%@",[NSThread currentThread]);
//3.回到主线程刷新UI
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
self.imageView.image = image;
//打印查看当前线程
NSLog(@"刷新UI---%@",[NSThread currentThread]);
});
});
- GCD其它常用函数
- 栅栏函数（控制任务的执行顺序）
dispatch_barrier_async(queue, ^{
NSLog(@"--dispatch_barrier_async-");
});
- 延迟执行（延迟·控制在哪个线程执行）
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
NSLog(@"---%@",[NSThread currentThread]);
});
- 一次性代码（注意不能放到懒加载）
-(void)once
{
//整个程序运行过程中只会执行一次
//onceToken用来记录该部分的代码是否被执行过
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
NSLog(@"-----");
});
}
- 快速迭代（开多个线程并发完成迭代操作）
dispatch_apply(subpaths.count, queue, ^(size_t index) {
});
- 队列组（同栅栏函数）
//创建队列组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
//队列组中的任务执行完毕之后，执行该函数
dispatch_group_notify(dispatch_group_t group,
dispatch_queue_t queue,
dispatch_block_t block);
- 注意事项：
- 在iOS6.0之前，在GCD中凡是使用了带Crearte和retain的函数在最后都需要做一次release操作。而主队列和全局并发队列不需要我们手动release。在iOS6.0之后GCD已经被纳入到了ARC的内存管理范畴中，即便是使用retain或者create函数创建的对象也不再需要开发人员手动释放，我们像对待普通OC对象一样对待GCD就OK。
- 在使用栅栏函数的时候，苹果官方明确规定栅栏函数只有在和使用create函数自己的创建的并发队列一起使用的时候才有效
4. NSOperation
NSOperation基本使用
NSOperation是对GCD的包装，其本身是只是抽象类，只有它的子类（三个子类分别是：NSBlockOperation、NSInvocationOperation以及自定义继承自NSOperation的类）才能创建对象NSOperation和NSOperationQueue结合使用实现多线程并发
- NSInvocationOperation
//1.封装操作
/*
第一个参数：目标对象
第二个参数：该操作要调用的方法，最多接受一个参数
第三个参数：调用方法传递的参数，如果方法不接受参数，那么该值传nil
*/
NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
//2.启动操作
[operation start];
- NSBlockOperation
//1.封装操作
/*
NSBlockOperation提供了一个类方法，在该类方法中封装操作
*/
NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
//在主线程中执行
NSLog(@"---download1--%@",[NSThread currentThread]);
}];
//2.追加操作，追加的操作在子线程中执行
[operation addExecutionBlock:^{
NSLog(@"---download2--%@",[NSThread currentThread]);
}];
[operation addExecutionBlock:^{
NSLog(@"---download3--%@",[NSThread currentThread]);
}];
//3.启动执行操作
[operation start];
- 自定义NSOperation
//如何封装操作？
//自定义的NSOperation,通过重写内部的main方法实现封装操作
-(void)main
{
NSLog(@"--main--%@",[NSThread currentThread]);
}
//如何使用？
//1.实例化一个自定义操作对象
TYOperation *op = [[TYOperation alloc]init];
//2.执行操作
[op start];
- NSOperationQueue基本使用
- NSOperation中的两种队列
- 主队列 通过mainQueue获得，凡是放到主队列中的任务都将在主线程执行
- 非主队列 直接alloc init出来的队列。非主队列同时具备了并发和串行的功能，通过设置最大并发数属性来控制任务是并发执行还是串行执行
- 自定义NSOperation
-(void)freeOperation
{
//1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
//2.封装操作
//好处：1.信息隐蔽
// 2.代码复用
TYOperation *op1 = [[TYOperation alloc]init];
TYOperation *op2 = [[TYOperation alloc]init];
//3.添加操作到队列中
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
}
- NSBlockOperation
- (void)freeBlock
{
//1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
//2.封装操作
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSLog(@"1----%@",[NSThread currentThread]);
}];
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSLog(@"2----%@",[NSThread currentThread]);
}];
[op2 addExecutionBlock:^{
NSLog(@"3----%@",[NSThread currentThread]);
}];
[op2 addExecutionBlock:^{
NSLog(@"4----%@",[NSThread currentThread]);
}];
//3.添加操作到队列中
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2]
//补充：简便方法
[queue addOperationWithBlock:^{
NSLog(@"5----%@",[NSThread currentThread]);
}];
}
- NSInvocationOperation
- (void)invocation
{
/*
GCD中的队列：
串行队列：自己创建的，主队列
并发队列：自己创建的，全局并发队列
NSOperationQueue
主队列：[NSOperationQueue mainqueue];凡事放在主队列中的操作都在主线程中执行
非主队列：[[NSOperationQueue alloc]init]，并发和串行，默认是并发执行的
*/
//1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
//2.封装操作
NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(download1) object:nil];
NSInvocationOperation *op2 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(download2) object:nil];
NSInvocationOperation *op3 = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(download3) object:nil];
//3.把封装好的操作添加到队列中
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
[queue addOperation:op3];
}
- NSOperation其它用法
- 设置最大并发数[最大并发数关系着队列是串行还是并行]
- 创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
* 设置最大并发数
1. 该属性需要在任务添加到队列中之前进行设置
2. 该属性控制队列是串行执行还是并发执行
3. 如果最大并发数等于1，那么该队列是串行的，如果大于1那么是并行的
4.系统的最大并发数有个默认的值，为-1，如果该属性设置为0，那么不会执行任何任务
queue.maxConcurrentOperationCount = 2;
- 暂停和恢复以及取消
//设置暂停和恢复
//suspended设置为YES表示暂停，suspended设置为NO表示恢复
//暂停表示不继续执行队列中的下一个任务，暂停操作是可以恢复的
if (self.queue.isSuspended) {
self.queue.suspended = NO;
}else
{
self.queue.suspended = YES;
}
//取消队列里面的所有操作
//取消之后，当前正在执行的操作的下一个操作将不再执行，而且永远都不在执行，就像后面的所有任务都从队列里面移除了一样
//取消操作是不可以恢复的
[self.queue cancelAllOperations];
---------自定义NSOperation取消操作--------------------------
-(void)main
{
//耗时操作1
for (int i = 0; i<1000; i++) {
NSLog(@"任务1-%d--%@",i,[NSThread currentThread]);
}
NSLog(@"+++++++++++++++++++++++++++++++++");
//苹果官方建议，每当执行完一次耗时操作之后，就查看一下当前队列是否为取消状态，如果是，那么就直接退出
//好处是可以提高程序的性能
if (self.isCancelled) {
return;
}
//耗时操作2
for (int i = 0; i<1000; i++) {
NSLog(@"任务1-%d--%@",i,[NSThread currentThread]);
}
NSLog(@"+++++++++++++++++++++++++++++++++");
}
- NSOperation实现线程间通信
- 开子线程下载图片
//1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
//2.使用简便方法封装操作并添加到队列中
[queue addOperationWithBlock:^{
//3.在该block中下载图片
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://p2.wmpic.me/article/2016/03/17/1458205813_mEsdeUon.jpg"];
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
NSLog(@"下载图片操作--%@",[NSThread currentThread]);
//4.回到主线程刷新UI
[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
self.imageView.image = image;
NSLog(@"刷新UI操作---%@",[NSThread currentThread]);
}];
}];
- 下载多张图片合成综合案例（设置操作依赖）
- (void)download
{
//1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
//2.封装操作下载图片1
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://p2.wmpic.me/article/2016/03/14/1457926891_nZGraHTj.jpg"];
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
//拿到图片数据
self.image1 = [UIImage imageWithData:data];
}];
//3.封装操作下载图片2
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://p3.wmpic.me/article/2016/01/08/1452222281_PmFnXZHU.jpg"];
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
//拿到图片数据
self.image2 = [UIImage imageWithData:data];
}];
//4.合成图片
NSBlockOperation *combine = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
//4.1 开启图形上下文
UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(200, 200));
//4.2 画第一幅图
[self.image1 drawInRect:CGRectMake(0, 0, 200, 100)];
//4.3 画第二幅图
[self.image2 drawInRect:CGRectMake(0, 100, 200, 100)];
//4.4 根据图形上下文拿到图片数据
UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
// NSLog(@"%@",image);
//4.5 关闭图形上下文
UIGraphicsEndImageContext();
//7.回到主线程刷新UI
[[NSOperationQueue mainQueue]addOperationWithBlock:^{
self.imageView.image = image;
NSLog(@"刷新UI---%@",[NSThread currentThread]);
}];
}];
//5.设置操作依赖
[combine addDependency:op1];
[combine addDependency:op2];
//6.添加操作到队列中执行
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
[queue addOperation:combine];
}
单例设计模式
iOS开发多种设计模式之一----单例模式
- 什么是单例
在程序运行过程，一个类有且只有一个实例对象 - 使用场合
在整个应用程序中，共享一份资源（这份资源只需要创建初始化1次） - 在不同的内存管理机制下实现单例
- ARC实现单例
- 步骤
- 在类的内部提供一个static修饰的全局变量
- 提供一个类方法，方便外界访问
- 重写+allocWithZone方法，保证永远都只为单例对象分配一次内存空间
- 严谨起见，重写-copyWithZone方法和-MutableCopyWithZone方法
- 代码实现
- 步骤
//提供一个static修饰的全局变量，强引用着已经实例化的单例对象实例
static TYSingleTools *_instance;
//类方法，返回一个单例对象
+(instancetype)shareTools
{
//注意：这里建议使用self,而不是直接使用类名Tools（考虑继承）
return [[self alloc]init];
}
//保证永远只分配一次存储空间
+(instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
//第一种：使用GCD中的一次性代码
// static dispatch_once_t onceToken;
// dispatch_once(&onceToken, ^{
// _instance = [super allocWithZone:zone];
// });
//第二种：使用加锁的方式，保证只分配一次存储空间
@synchronized(self) {
if (_instance == nil) {
_instance = [super allocWithZone:zone];
}
}
return _instance;
}
/*
1.mutableCopy 创建一个新的可变对象，并初始化为原对象的值，新对象的引用计数为 1；
2.copy 返回一个不可变对象。分两种情况：（1）若原对象是不可变对象，那么返回原对象，并将其引用计数加 1 ；（2）若原对象是可变对象，那么创建一个新的不可变对象，并初始化为原对象的值，新对象的引用计数为 1。
*/
//让代码更加的严谨
-(nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone
{
// return [[self class] allocWithZone:zone];
return _instance;
}
-(nonnull id)mutableCopyWithZone:(nullable NSZone *)zone
{
return _instance;
}
- MRC实现单例
- 步骤
- 在类的内部提供一个static修饰的全局变量
- 提供一个类方法，方便外界访问
- 重写+allocWithZone方法，保证永远都只为单例对象分配一次内存空间
- 严谨起见，重写-copyWithZone方法和-MutableCopyWithZone方法
- 重写release和retain方法
- 建议在retainCount方法中返回一个最大值（有经验的程序员通过打印retainCount这个值可以猜到这是一个单例）
- 配置MRC环境知识
- 注意ARC不是垃圾回收机制，是编译器特性
- 配置MRC环境：build setting ->搜索automatic ref->修改为NO
- 代码实现
- 步骤
//提供一个static修饰的全局变量，强引用着已经实例化的单例对象实例
static TYSingleTools *_instance;
//类方法，返回一个单例对象
+(instancetype)shareTools
{
//注意：这里建议使用self,而不是直接使用类名Tools（考虑继承）
return [[self alloc]init];
}
//保证永远只分配一次存储空间
+(instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
//使用GCD中的一次性代码
// static dispatch_once_t onceToken;
// dispatch_once(&onceToken, ^{
// _instance = [super allocWithZone:zone];
// });
//使用加锁的方式，保证只分配一次存储空间
@synchronized(self) {
if (_instance == nil) {
_instance = [super allocWithZone:zone];
}
}
return _instance;
}
//让代码更加的严谨
-(nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone
{
// return [[self class] allocWithZone:zone];
return _instance;
}
-(nonnull id)mutableCopyWithZone:(nullable NSZone *)zone
{
return _instance;
}
//在MRC环境下，如果用户retain了一次，那么直接返回instance变量，不对引用计数器+1
//如果用户release了一次，那么什么都不做，因为单例模式在整个程序运行过程中都拥有且只有一份，程序退出之后被释放，所以不需要对引用计数器操作
-(oneway void)release
{
}
-(instancetype)retain
{
return _instance;
}
//惯用法，有经验的程序员通过打印retainCount这个值可以猜到这是一个单例
-(NSUInteger)retainCount
{
return MAXFLOAT;
}
- 忽略ARC和MRC的单例通用版本
可以使用条件编译来判断当前项目环境是ARC还是MRC，从而实现一份代码在不同的内存管理机制下都可以实现单例。
条件编译:
#if __has_feature(objc_arc)
//如果是ARC，那么就执行这里的代码1
#else
//如果不是ARC，那么就执行代理的代码2
#endif
注意：单例是不可以用继承的。
参考资料: