Cocoa Touch（四）: 多線程GCD, NSObject, NSThread, NSOperationQueue

    多線程的重要性沒必要多言，現代操做系統不可能離開進程線程的抽象。具體到ios應用，咱們只能在一個進程中管理線程，主線程不該該去執行很是耗時間的後臺操做致使出現卡機現象，後臺的事情交給後臺線程來完成。

 

Grand Central Dispatch

GCD組件包含兩大部分，第一個部分是提供了C語言線程同步互斥接口，第二個部分就是dispatch隊列。

dispatch block的執行最終都會放進某個隊列中去進行，它相似NSOperationQueue但更復雜也更強大，而且能夠嵌套使用。因此說，結合block實現的GCD，把函數閉包（Closure）的特性發揮得淋漓盡致。

 

dispatch隊列的生成能夠有這幾種方式：

1. dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); //生成一個串行隊列，隊列中的block按照先進先出（FIFO）的順序去執行，實際上爲單線程執行。第一個參數是隊列的名稱，在調試程序時會很是有用，全部儘可能不要重名了。

2. dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); //生成一個併發執行隊列，block被分發到多個線程去執行

3. dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); //得到程序進程缺省產生的併發隊列，可設定優先級來選擇高、中、低三個優先級隊列。因爲是系統默認生成的，因此沒法調用dispatch_resume()和dispatch_suspend()來控制執行繼續或中斷。須要注意的是，三個隊列不表明三個線程，可能會有更多的線程。併發隊列能夠根據實際狀況來自動產生合理的線程數，也可理解爲dispatch隊列實現了一個線程池的管理，對於程序邏輯是透明的。

官網文檔解釋說共有三個併發隊列，但實際還有一個更低優先級的隊列，設置優先級爲DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND。Xcode調試時能夠觀察到正在使用的各個dispatch隊列。

4. dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); //得到主線程的dispatch隊列，注意這個隊列中的任務須要被主線程完成。一樣沒法控制主線程dispatch隊列的執行繼續或中斷。

接下來咱們可使用dispatch_async或dispatch_sync函數來加載須要運行的block。

dispatch_async(queue, ^{

　　//block具體代碼

}); //異步執行block，函數當即返回

dispatch_sync(queue, ^{

　　//block具體代碼

}); //同步執行block，函數不返回，一直等到block執行完畢。編譯器會根據實際狀況優化代碼，因此有時候你會發現block其實還在當前線程上執行，並沒用產生新線程。

實際編程經驗告訴咱們，儘量避免使用dispatch_sync，嵌套使用時還容易引發程序死鎖。

若是queue1是一個串行隊列的話，這段代碼當即產生死鎖：

dispatch_sync(queue1, ^{

dispatch_sync(queue1, ^{

　　　　......

　　});

　　......

　});

在主線程當中，爲何下面代碼也確定死鎖：

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

　　......

});

 

那實際運用中，通常能夠用dispatch這樣來寫，常見的網絡請求數據多線程執行模型：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

　　//子線程中開始網絡請求數據

　　//更新數據模型

　　dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

　　　　//在主線程中更新UI代碼

　　});

});

程序的後臺運行和UI更新代碼緊湊，代碼邏輯一目瞭然。

 

dispatch隊列是線程安全的，能夠利用串行隊列實現鎖的功能。好比多線程寫同一數據庫，須要保持寫入的順序和每次寫入的完整性，簡單地利用串行隊列便可實現：

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

- (void)writeDB:(NSData *)data

{

　　dispatch_async(queue1, ^{

　　　　//write database

　　});

}

下一次調用writeDB:必須等到上次調用完成後才能進行，保證writeDB:方法是線程安全的。

 

dispatch隊列還實現其它一些經常使用函數，包括：

void dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void (^block)(size_t)); //重複執行block，須要注意的是這個方法是同步返回，也就是說等到全部block執行完畢才返回，如需異步返回則嵌套在dispatch_async中來使用。多個block的運行是否併發或串行執行也依賴queue的是否併發或串行。

void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //這個函數能夠設置同步執行的block，它會等到在它加入隊列以前的block執行完畢後，纔開始執行。在它以後加入隊列的block，則等到這個block執行完畢後纔開始執行。

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

void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //延遲執行block

最後再來看看dispatch隊列的一個頗有特點的函數：

void dispatch_set_target_queue(dispatch_object_t object, dispatch_queue_t queue);

它會把須要執行的任務對象指定到不一樣的隊列中去處理，這個任務對象能夠是dispatch隊列，也能夠是dispatch源。並且這個過程能夠是動態的，能夠實現隊列的動態調度管理等等。好比說有兩個隊列dispatchA和dispatchB，這時把dispatchA指派到dispatchB：

dispatch_set_target_queue(dispatchA, dispatchB);

那麼dispatchA上還未運行的block會在dispatchB上運行。這時若是暫停dispatchA運行：

dispatch_suspend(dispatchA);

則只會暫停dispatchA上原來的block的執行，dispatchB的block則不受影響。而若是暫停dispatchB的運行，則會暫停dispatchA的運行。

這裏只簡單舉個例子，說明dispatch隊列運行的靈活性，在實際應用中你會逐步發掘出它的潛力。

 

優勢：簡單方便，直接捕獲變量進入block（只讀訪問，除非用__block聲明）。

缺點：dispatch隊列暫時不支持cancel（取消），沒有實現dispatch_cancel()函數，不像NSOperationQueue。

 

ps: GCD所包含的方法並不限於任務隊列，還提供了 dispatch_semaphore_signal/dispatch_semaphore_wait 這樣的C語言接口（全部C語言代碼都能用OC編譯器編譯），並不會強制要求程序員必定要面向對象，避免了不少繁瑣步驟。

ps: !!! 重要的一點：block並非被主線程所執行，若是其它的線程在執行這個block是，調用了相似 _webView = [[UIWebView alloc] init]這樣的語句，那麼就會Crash：

Tried to obtain the web lock from a thread other than the main thread or the web thread. 
This may be a result of calling to UIKit from a secondary thread. Crashing now...

解決辦法就是，經過performSelectorOnMainThread或者GCD dispatch_的方式強制讓某些語句被主線程執行，或者經過信號量實現同步的方式來發送網絡請求，從而保證由主線程來調用全部涉及UI的語句。 

 

NSObject

全部繼承於NSObject類的類實例，均可以調用啓動多線程的方法。

如下3個函數是多線程的方法： 

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg，建立一個真正的新線程，不過沒法引用到這個線程

[self performSelectorOnMainThread:@selector(updateImage:) withObject:data waitUntilDone:YES]; 通知主線程執行操做，通常用於更新界面

[self performSelector:@selector(run) onThread:thread withObject:nil waitUntilDone:YES];  等待selector指定的函數被某個線程執行完成後，當前線程再繼續當前任務

如下2個函數實際上不是多線程：

[self performSelector:@selector(run) withObject:nil];等待selector指定的函數被當前線程執行完成後，當前線程再繼續當前任務

performSelector:withObject:afterDelay:當前線程執行完成後，再啓動線程去執行selector所選擇的方法

 

Objective-C中調用函數的方法是「消息傳遞」，這個和普通的函數調用的區別是，你能夠隨時對一個對象傳遞任何消息，而不須要在編譯的時候聲明這些方法。因此Objective-C能夠在runtime的時候傳遞人和消息。

 

優勢：簡單方便，而且容許在運行時動態調用一個對象的任意方法

缺點：若是須要傳遞參數，不如GCD

 

NSThread

NSThread類是輕量級的多線程開發的類，使用起來也並不複雜，可是使用NSThread須要本身管理線程生命週期。NSThread中封裝了方法：
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(id)argument 建立一個真實的新線程，不過沒法引用到這個線程

- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(id)argument 建立一個線程對象，能夠引用到一個新線程，調用start方法建立真實的線程。

[thread start]; 建立一個真實的線程，而且把線程對象thread做爲這個線程的引用

[thread cancel]; 取消對象thread所引用的那個線程

這個類命名空間下還提供了一些實用的類方法：

NSThread *current = [NSThread currentThread]; 獲取當前線程

NSThread *main = [NSThread mainThread]; 獲取主線程

[NSThread sleepForTimeInterval:2];  或  [NSThread sleepUntilDate:date];  暫停正在執行這段代碼的進程，也就是當前進程

 

優勢：以面對對象的觀點引用線程，方便線程生命週期的管理和多線程之間的同步；這個類能夠配合performselector方法使用；提供了一些實用的類方法，如獲取當前線程的引用、暫停當前線程等。

缺點：須要定義單獨的線程類來表明新的線程，較爲繁瑣，不夠直接

 

 

 NSOperation

 咱們先直接經過代碼來領會一個任務隊列。

invocation pperation(經過selector指定任務)

-(void)loadImageWithMultiThread{
    /*建立一個調用操做
     object:調用方法參數
    */
    NSInvocationOperation *invocationOperation=[[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(loadImage) object:nil];
    //進程經過start方法後才能啓動操做，可是注意若是直接調用start方法，則此操做會在主線程中調用，通常不會這麼操做,而是添加到NSOperationQueue中
//    [invocationOperation start];
    
    //建立操做隊列
    NSOperationQueue *operationQueue=[[NSOperationQueue alloc]init];
    //注意添加到操做隊後，隊列會開啓一個線程執行此操做
    [operationQueue addOperation:invocationOperation];
}

block operation(經過block指定任務)

NSOperationQueue *operationQueue=[[NSOperationQueue alloc]init];
operationQueue.maxConcurrentOperationCount=5;//設置最大併發線程數
[operationQueue addOperationWithBlock:^{
            [self loadImage:[NSNumber numberWithInt:i]];
        }];
//更新UI界面,此處調用了主線程隊列的方法（mainQueue是UI主線程）
[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
    [self updateImageWithData:data andIndex:i];
}];

概念上，一個任務隊列operation queue至關於一個由不少線程和任務組成的池。在一些應用場景之下，好比當須要下載不少張圖片，能夠把下載任務和相應的線程統一交給operation queue來管理，方便了操做。

一個NSOperation的實例定義了一個任務，能夠經過調用start方法在當前線程啓動它對應的任務，不過通常不這麼作，而是把operation加入Operation queue中統一管理。對於invocation operation和block operation，兩種方式本質沒有區別，可是是後者使用Block形式進行代碼組織，傳參容易，使用相對方便。

 

優勢：統一管理大量的任務和線程，適用於下載大量圖片等場景。

 

 

多線程的應用

一、操做數據模型

多個任務同時操做數據模型，線程安全須要仔細思考，對於數據模型對象的操做須要用@synchronized。

二、網絡請求

網絡請求是多線程的重要應用，下一篇博客會講。