NSThead的進階使用和簡單探討

概述
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NSThread類是一個繼承於NSObjct類的輕量級類。一個NSThread對象就表明一個線程。它須要管理線程的生命週期、同步、加鎖等問題，所以會產生必定的性能開銷。
使用NSThread類能夠在特定的線程中被調用某個OC方法。當須要執行一個冗長的任務，而且不想讓這個任務阻塞應用中的其餘部分，尤爲爲了不阻塞app的主線程(由於主線程用於處理用戶界面展現交互和事件相關的操做),這個時候很是適合使用多線程。線程也能夠將一個龐大的任務分爲幾個較小的任務，從而提升多核計算機的性能。

NSThread類在運行期監聽一個線程的語義和NSOperation類是類似的。好比取消一個線程或者決定一個任務執行完後這個線程是否存在。

本文將會從這幾個方面開始探討NSThread

方法屬性的介紹
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初始化(建立)一個NSThread對象

// 返回一個初始化的NSThread對象
- (instancetype)init
// 返回一個帶有多個參數的初始化的NSThread對象
// selector ：線程執行的方法,最多隻能接收一個參數
// target ：selector消息發送的對象
// argument : 傳給selector的惟一參數，也能夠是nil
- (instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(nullable id)argument );
// iOS 10
- (instancetype)initWithBlock:(void (^)(void))block;

啓動一個線程。

// 開闢一個新的線程，而且使用特殊的選擇器Selector做爲線程入口,調用完畢後，會立刻建立並開啓新線程
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(nullable id)argument;
 // iOS 10
+ (void)detachNewThreadWithBlock:(void (^)(void))block;
// 啓動接受者
- (void)start;
// 線程體方法，線程主要入口，start 後執行
// 該方法默認實現了目標(target)和選擇器(selector)，用於初始化接受者和調用指定目標(target)的方法。若是子類化NSThread，須要重寫這個方法而且用它來實現這個線程主體。在這種狀況下，是不須要調用super方法的。
// 不該該直接調用這個方法。你應該經過調用啓動方法開啓一個線程。
- (void)main;

使用initWithTarget:selector:、initWithBlock:、detachNewThreadSelector:，detachNewThreadWithBlock:建立線程都是異步線程。

中止一個線程

// 阻塞當前線程，直到特定的時間。
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
// 讓線程處於休眠狀態，直到通過給定的時間間隔
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 終止當前線程
+ (void)exit;
// 改變接收者的取消狀態，來表示它應該終止
- (void)cancel;

決定線程狀態

// 接收者是否存在
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;
// 接收者是否結束執行
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;
// 接收者是否取消
@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;

主線程相關

// 當前線程是不是主線程
@property (class, readonly) BOOL isMainThread;
// 接受者是不是主線程
@property (readonly) BOOL isMainThread;
// 獲取主線程的對象
@property (class, readonly, strong) NSThread *mainThread;

執行環境

// 這個app是不是多線程
+ (BOOL)isMultiThreaded;
// 返回當前執行線程的線程對象。
@property (class, readonly, strong) NSThread *currentThread;
// 返回一個數組，包括回調堆棧返回的地址
@property (class, readonly, copy) NSArray<NSNumber *> *callStackReturnAddresses ;
// 返回一個數組，包括回調堆棧信號
@property (class, readonly, copy) NSArray<NSString *> *callStackSymbols;

線程屬性相關

// 線程對象的字典
@property (readonly, retain) NSMutableDictionary *threadDictionary;

NSAssertionHandlerKey
// 接收者的名字
@property (nullable, copy) NSString *name;
// 接收者的對象大小，以byte爲單位
@property NSUInteger stackSize;

線程優先級

// 線程開啓後是個只讀屬性
@property NSQualityOfService qualityOfService;
// 返回當前線程的優先級
+ (double)threadPriority;
// 接受者的優先級，已經廢棄，使用qualityOfService代替
@property double threadPriority;
// 設置當前線程的優先級。設置線程的優先級(0.0 - 1.0，1.0最高級)
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;

通知

// 未被實現，沒有實際意義，保留項
NSDidBecomeSingleThreadedNotification
// 在線程退出前，一個NSThread對象收到到退出消息時會發送這個通知。
NSThreadWillExitNotification
// 當第一個線程啓動時會發送這個通知。這個通知最多發送一次。當NSThread第一次發送用`detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:`,`detachNewThreadWithBlock:`,`start`消息時，發送通知。後續調用這些方法是不會發送通知。
NSWillBecomeMultiThreadedNotification

線程間通訊，
在NSObject的分類NSThreadPerformAdditions中的方法(NSThread.h文件中)具備這些特性：

1. 不管是在主線程仍是在子線程中均可執行，而且均會調用主線程的aSelector方法；
2. 方法是異步的

@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)
// 若是設置wait爲YES: 等待當前線程執行完之後，主線程纔會執行aSelector方法；
// 若是設置wait爲NO：不等待當前線程執行完，就在主線程上執行aSelector方法。
// 若是，當前線程就是主線程，那麼aSelector方法會立刻執行，wait是YES參數無效。
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array;

// 等於第一個方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的狀況。指定了線程中 Runloop 的 Modes =  kCFRunLoopCommonModes。
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

// 在指定線程上操做，由於子線程默認未添加NSRunloop，在線程未添加runloop時，是不會調用選擇器中的方法的。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:( NSArray<NSString *> *)array ;
// 等於第一個方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的狀況。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait ;

// 隱式建立子線程,在後臺建立。而且是個同步線程。
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg ;
@end

直接給接受者發消息的其餘方法。

1. 協議NSObject中的方法，可在主線程或者子線程執行。由於是在當前線程執行的同步任務，所以會阻塞當前線程。這幾個方法等同於直接調用方法。

// 當前線程操做。
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;

1. 延遲操做&按照順序操做

NSRunLoop.h文件中

// 延遲操做
/****************   Delayed perform  ******************/

@interface NSObject (NSDelayedPerforming)
// 異步方法，不會阻塞當前線程，只能在主線程中執行。是把`Selector`加到主隊列裏，當 `delay`以後執行`Selector`。若是主線程在執行業務，那隻能等到執行完全部業務以後纔會去執行`Selector`，就算`delay`等於 0。
// 那`delay `從何時開始計算呢？從發送`performSelector`消息的時候。就算這時主線程在阻塞也會計算時間，當阻塞結束以後，若是到了`delay`那就執行`Selector`，若是沒到就繼續 `delay`。
// 只能在主線程中執行，在子線程中不會調到aSelector方法
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray<NSRunLoopMode> *)modes;
// 等於第一個方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的狀況。指定了線程中 Runloop 的 Modes =  kCFRunLoopCommonModes。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;
// 在方法未到執行時間以前，取消方法。調用這2個方法當前target執行dealloc以前，以確保不會Crash。
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector object:(nullable id)anArgument;
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget;

@end
// 按照排序順序執行
@interface NSRunLoop (NSOrderedPerform)
// 按某種順序order執行方法。參數order越小，優先級越高，執行越早
// selector都是target的方法，argument都是target的參數
// 這2個方法會設置一個定時器去在下個runloop循環的開始時讓target執行aSelector消息。 定時器根據modes確認模式。當定時器觸發，定時器嘗試隊列從runloop中拿出消息並執行。
若是run loop 正在運行，而且是指定modes的一種，則是成功的，不然定時器一直等待直到runloop是modes 中的一種。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector target:(id)target argument:(nullable id)arg order:(NSUInteger)order modes:(NSArray<NSRunLoopMode> *)modes;
- (void)cancelPerformSelector:(SEL)aSelector target:(id)target argument:(nullable id)arg;
- (void)cancelPerformSelectorsWithTarget:(id)target;

@end

本文介紹大部分的知識點如思惟導圖：

使用

1. 建立線程
   用initXXX初始化的須要調用start方法來啓動線程。而detachXXX初始化方法，直接啓動線程。這個2中方式建立的線程都是顯式建立線程。

//1. 手動開啓，action-target 方式
NSThread * actionTargetThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(add:) object:nil];
[actionTargetThread start];
//2. 手動開啓， block 方式
NSThread *blockThread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
    NSLog(@"%s",__func__);
}];
[blockThread start];
//3. 建立就啓動， action-target 方式
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(add2:) toTarget:self withObject:@"detachNewThreadSelector"];
//4. 建立就啓動， block 方式
[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    NSLog(@"%s",__func__);
}];

1. 線程中通訊

2.1 NSThreadPerformAdditions分類方法，異步調用方法
// 不管在子線程仍是主線程，都會調用主線程方法。

a. 主線程

[self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:nil waitUntilDone:YES];
    //[self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];

子線程默認沒有開啓runloop。須要手動添加，否則選擇器方法沒法調用。

b. 子線程

使用initWithBlock:方式建立。

//1. 開闢一個子線程
NSThread *subThread1 = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
  // 2.子線程方法中添加runloop
  // 3.實現線程方法
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}];
//1.2. 啓動一個子線程
[subThread1 start];
// 2. 在子線程中調用方法
// [self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"22" waitUntilDone:YES];
[self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];

使用initWithTarget:selector:object:建立。

// 1. 開闢一個子線程
NSThread *subThread2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(startThread) object:nil];
// 1.2 啓動一個子線程
[subThread2 start];
// 3. 在子線程中調用方法
// [self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread2 withObject:@"22" waitUntilDone:YES];
[self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
// 2.子線程方法中添加runloop
- (void)startThread{
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}

c. 後臺線程(隱式建立一個線程)

[self performSelectorInBackground:@selector(add:) withObject:@"arg"];

2.2 協議NSObject方法
建立是的同步任務。

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    // 直接調用
    [self performSelector:@selector(add:) withObject:@"xxx"];
}];

2.3 延遲
NSObject分類NSDelayedPerforming方法，添加異步任務，而且是在主線程上執行。

[self performSelector:@selector(add:) withObject:self afterDelay:2];

2.4 按照順序操做
NSRunLoop分類NSOrderedPerform中的方法

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    NSRunLoop *currentRunloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    // 記得添加端口。否則沒法調用selector方法
    [currentRunloop addPort:[NSPort port] forMode:(NSRunLoopMode)kCFRunLoopCommonModes];
    [currentRunloop performSelector:@selector(add:) target:self argument:@"arg1" order:1 modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
    [currentRunloop performSelector:@selector(add:) target:self argument:@"arg3" order:3 modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
    [currentRunloop run];
}];

線程安全

問題：

多個線程可能會同時訪問同一塊資源。好比多個線程同時訪問同一個對象、同一個變量、同一個文件等。當多個線程同時搶奪同一個資源，會引發線程不安全性，可能會形成數據錯亂和數據安全問題。

解決：

使用線程同步技術: 能夠對可能會被搶奪的資源，在被被競爭的時候加鎖。讓其保證線程同步狀態。而鎖具備多種類型：好比讀寫鎖、自旋鎖、互斥鎖、信號量、條件鎖等。在NSThread可能形成資源搶奪狀況下，能夠使用互斥鎖。互斥鎖就是多個線程任務按順序的執行。
以下就使用的狀況之一：對須要讀寫操做的資源，進行加鎖操做。

for (NSInteger index = 0 ; index < 100; index ++) {
    @synchronized (self) {
        self.allCount -= 5;
        NSLog(@"%@賣出了車票，還剩%ld",[NSThread currentThread].name,self.allCount);
    }
}

線程生命週期。

線程的生命週期是：新建 - 就緒 - 運行 - 阻塞 - 死亡。當線程啓動後，它不能一直「霸佔」着CPU獨自運行，因此CPU須要在多條線程之間切換，因而線程狀態也就會隨之改變。

1. 新建和就緒狀態
   顯式建立，使用initWithTarget:selector:和initWithBlock:建立一個線程，未啓動，只有發送start消息纔會啓動，而後處於就行狀態。
   使用detachNewThreadWithBlock:和detachNewThreadSelector:toTarget:顯示建立並當即啓動。 還有種建立方式，隱式建立並當即啓動:performSelectorInBackground:withObject:。

2. 運行和阻塞狀態
   若是處於就緒狀態的線程得到了CPU資源，開始執行可執行方法的線程執行體(block或者@Selector)，則該線程處於運行狀態。

當發生以下狀況下，線程將會進入阻塞狀態：

• 線程調用sleep方法:sleepUntilDate: sleepForTimeInterval:主動放棄所佔用的處理器資源。
• 線程調用了一個阻塞式IO方法，在該方法返回以前，該線程被阻塞。
  線程試圖得到一個同步監視器，但該同步監視器正被其餘線程鎖持有。
• 線程在等待某個通知(notify)。
• 程序調用了線程的suspend方法將該線程掛起。不過這個方法容易致使死鎖，因此程序應該儘可能避免使用該方法。
    當前正在執行的線程被阻塞以後，其餘線程就能夠得到執行的機會了。被阻塞的線程會在合適時候從新進入就緒狀態，注意是就緒狀態而不是運行狀態。也就是
  說被阻塞線程的阻塞解除後，必須從新等待線程調度器再次調度它。
  針對上面的幾種狀況，當發生以下特定的狀況將能夠解除上面的阻塞，讓該線程從新進入就緒狀態：
• 調用sleep方法的線程通過了指定時間。
• 線程調用的阻塞式IO方法已經返回。
• 線程成功地得到了試圖取得同步監視器。
• 線程正在等待某個通知時，其餘線程發出了一個通知。
• 處於掛起狀態的線程被調用了resume恢復方法。

1. 線程死亡

• 可執行方法執行完成，線程正常結束。
• 程序的意外奔潰。
• 該線程的發送exit消息來結束該線程。

// 1. 建立：New狀態
NSThread * actionTargetThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(add:) object:nil];
// 2. 啓動：就緒狀態
[actionTargetThread start];
// 可執行方法
- (void)add:(id)info{
    // 3. 執行狀態
    NSLog(@"%s,info %@",__func__,info);
    // 5. 當前線程休眠
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"after");
    // 4. 程序正常退出
}
// 6. 打取消標籤
[actionTargetThread cancel];
// 7. 主動退出
[NSThread exit];

注意：

• NSThread 管理多個線程比較困難,因此不太推薦在多線程任務多的狀況下使用。
• 蘋果官方推薦使用GCD和NSOperation。
• [NSTread currentThread] 跟蹤任務所在線程,適用於NSTread,NSOperation,和GCD
• 用NSThread建立的線程,不會自動添加autoreleasepool

參考

• nsthread apple 文檔
• 線程的生命週期
• 線程的生命週期及五種基本狀態