专栏首页服务端技术杂谈推荐:多线程的实现方式及经典示例

推荐:多线程的实现方式及经典示例

iOS中实现多线程的技术方案

pthread 实现多线程操作

代码实现:

void * run(void *param)
{
    for (NSInteger i = 0; i < 1000; i++) {
        NSLog(@"---buttonclick---%zd---%@", i, [NSThread currentThread]);
    }

    return NULL;
}

@implementation ViewController

- (IBAction)clickButton:(id)sender {
    // 定义一个线程
    pthread_t thread;

    // 创建一个线程  (参1)pthread_t *restrict:创建线程的指针,(参2)const pthread_attr_t *restrict:线程属性  (参3)void *(*)(void *):线程执行的函数的指针,(参4)void *restrict:null
    pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);

    // 何时回收线程不需要你考虑
    pthread_t thread2;

    pthread_create(&thread2, NULL, run, NULL);

}

NSThread实现多线程

一个 NSThread 对象就代表一条线程

创建线程的多种方式

  • 第一种方式:先创建再启动线程 // 创建线程 NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"jack"]; // 线程启动了,事情做完了才会死, 一个NSThread对象就代表一条线程 [thread start];
  • 第二种:直接创建并启动线程 // 直接创建并启动线程 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run:) toTarget:self withObject:@"jack"];
  • 第三种: // 直接创建并启动线程 [self performSelectorInBackground:@selector(run:) withObject:@"jack"]; // 使线程进入阻塞状态 [NSThread sleepForTimeInterval:2.0]; #pragma mark - 执行run方法 - (void)run:(NSString *)param { // 当前线程是否是主线程 for (NSInteger i = 0; i < 100; i++) { NSLog(@"---%@---%zd---%d", [NSThread currentThread], i, [NSThread isMainThread]); } }
  • 方法2和方法3的优点:快捷 方法1的优点:可以轻松拿到线程

线程间通信

  • 线程间通信的体现

1个线程传递数据给另1个线程

在1个线程中执行完特定任务后,转到另1个线程继续执行任务

线程间通信的常用方法:小程序图片下载

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event 
{
    // 获取图片的url
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://7xjanq.com1.z0.glb.clouddn.com/6478.jpg"];
// 另开1条线程 object用于数据的传递
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(downLoadWithURL:) object:url];
    // 由于下面下载图片的耗时太长,应领开启线程来完成
    [thread start];
}

// 下载图片
- (void)downLoadWithURL:(NSURL *)url
{
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
    // 下载图片
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    // 生成图片
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];

    // 返回主线程显示图片
    [self.imageView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];
}

以上两种方式使用线程已经过时了,开发中我们操作线程大多都使用 GCD 和 NSOperation 来实现多线程操作。

下面我就给大家系统的介绍一下 GCD 是如何实现多线程的

GCD 实现多线程

GCD 简介

GCD 全称是Grand Central Dispatch,可译为“超级厉害的中枢调度器”,GCD 是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案, GCD会自动利用更多的 CPU 内核(比如双核、四核)来开启线程执行任务,GCD 会自动管理线程的生命周期(创建线程、调度任务、销毁线程),不需要我们程序员手动管理内存。

任务和队列

任务:在同步函数和异步函数中执行

队列:用来存放任务(并发 串行)

GCD会自动将队列中的任务取出,放到对应的线程,任务的取出遵循FIFO,即先入先出队列,First Input First Output 的缩写。先进入的任务先完成并结束,再执行后面的任务。

同步函数和异步函数,并发队列和串行队列

  • 用同步的方式执行任务:在当前线程中可立即执行任务,不具备开启线程的能力
  • 用异步的方式执行任务:在当前线程结束时执行任务,具备开启新的线程的能力
  • 并发队列:允许多个任务同时执行
  • 串行队列:一个任务执行完毕后,再执行下一个任务

创建并发/串行队列代码:

// 创建并发队列 
// 参1:const char *label 队列名称 
// 参2:dispatch_queue_attr_t attr 队列类型
dispatch_queue_t queueConcurrent = dispatch_queue_create("520it.com", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// 创建串行队列  serial 串行  concurrent并发
dispatch_queue_t queueSerial = dispatch_queue_create("520it.com", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

// 获取全局队列 全局队列是并发队列 
// 参1:队列的优先级 
// 参2:0(以后可能用到的参数)
dispatch_queue_t queueGlobal = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// 全局并发队列的优先级
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默认(中)
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台

// 获取主队列  在主队列中的任务都会在主线程中执行。
dispatch_queue_t queueMain = dispatch_get_main_queue();

同步/异步函数代码表示:

// GCD同步函数串行队列(立即执行,当前线程) 
// 参1: dispatch_queue_t queue 队列 
// 参2: 任务
dispatch_sync(queueSerial, ^{
    for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
        NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
   }
});

// 同步函数并行队列(立即执行,当前线程)
dispatch_sync(queueConcurrent, ^{
    for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
        NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
    }
});

// 异步函数串行队列 (另开线程,多个任务按顺序执行)
dispatch_async(queueSerial, ^{
    dispatch_async(queueSerial, ^{
        for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
            NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queueSerial, ^{
        for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
            NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queueSerial, ^{
        for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
            NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
});

// 异步函数并行队列 (另开线程,多个任务一起执行)
dispatch_async(queueConcurrent, ^{
    dispatch_async(queueSerial, ^{
            for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
                NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
            }
    });
    dispatch_async(queueSerial, ^{
        for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
            NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queueSerial, ^{
        for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
            NSLog(@"~~~%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
});

// 主队列:(任何一个任务只要在主队列中,都会加入到主线程的队列中执行)

注意:使用sync函数(同步函数)往当前串行队列中添加任务,会卡住当前的串行队列

解释:使用同步函数添加任务 A 到串行队列,说明要在当前串行队列立即执行任务 A ,任务 A 执行完后,才会执行任务 A 后面的代码。但当前队列是串行队列,也就是说任务 A 必须等到当前串行队列中正在执行的任务 B 完成之后才能执行,因此又必须先执行任务 A 中立即执行任务,又要必须等到任务 B 执行完以后才能执行下一个任务,所以就会卡死。你等我,我等你,谁也无法执行。

GCD实现线程通信

小项目:下载图片

代码如下:

// 获取图片的url
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://7xjanq.com1.z0.glb.clouddn.com/6478.jpg"];

// 开启线程下载图片
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("111", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_async(queue, ^{
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];

    // 下载完成后返回主线程显示图片
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.imageView.image = image;
    });
});

GCD其他常用函数

dispatch_barrier 栅栏

// 1.barrier : 在barrier前面的先执行,然后再执行barrier,然后再执行barrier后面的 barrier的queue不能是全局的并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("11", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_async(queue, ^{
    for (int i = 0;  i < 100; i++) {
        NSLog(@"%@--1", [NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_async(queue, ^{
    for (int i = 0;  i < 100; i++) {
        NSLog(@"%@--2", [NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_barrier_async(queue, ^{
    for (int i = 0;  i < 100; i++) {
        NSLog(@"%@--3", [NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_async(queue, ^{
    for (int i = 0;  i < 100; i++) {
        NSLog(@"%@--4", [NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_after 延迟执行

// 延迟执行
// 方法1
[self performSelector:@selector(run:) withObject:@"参数" afterDelay:2.0];

// 方法2
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    for (NSInteger i = 0; i < 100; i++) {
        NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
    }
});

// 方法3
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:NO];

dispatch_once 整个程序运行中执行一次

// 整个程序中只执行一次
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    // 一次性代码
});

作用:实现某个类的单粒对象

单例模式: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)

static id _person;
+ (instancetype)sharePerson
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _person = [[super alloc] init];
    });
    return _person;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _person = [super allocWithZone:zone];
    });
    return _person;
}

- (id)copy
{
    return _person;
}

开发中一般自定义成宏,比较方便,一行代码搞定。

dispatch_apply 快速迭代

示例小程序:将一个文件夹中的图片剪切到另一个文件夹

// 将图片剪切到另一个文件夹里
NSString *from = @"/Users/Ammar/Pictures/壁纸";
NSString *to = @"/Users/Ammar/Pictures/to";
NSFileManager *manager = [NSFileManager defaultManager];
NSArray *subPaths = [manager subpathsAtPath:from];

// 快速迭代
dispatch_apply(subPaths.count, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^(size_t index) {
   NSLog(@"%@ - %zd", [NSThread currentThread], index);
    NSString *subPath = subPaths[index];
    NSString *fromPath = [from stringByAppendingPathComponent:subPath];
    NSString *toPath = [to stringByAppendingPathComponent:subPath];

    // 剪切
    [manager moveItemAtPath:fromPath toPath:toPath error:nil];
    NSLog(@"%@---%zd", [NSThread currentThread], index);
});

dispatch_group 队列组

示例小程序:需求下载图片1 下载图片2 将图片1和图片2合成新的图片

// 创建队列 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// 创建组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

// 用组队列下载图片1
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:@"http://7xjanq.com1.z0.glb.clouddn.com/6478.jpg"]];
    self.image1 = [UIImage imageWithData:data];
    NSLog(@"1%@", [NSThread currentThread]);
});

// 用组队列下载图片2
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:@"http://7xjanq.com1.z0.glb.clouddn.com/6478.jpg"]];
    self.image2 = [UIImage imageWithData:data];
    NSLog(@"2%@", [NSThread currentThread]);
});

// 将图片1和图片2合成一张图片
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
    CGFloat imageW = self.imageView.bounds.size.width;
    CGFloat imageH = self.imageView.bounds.size.height;

    // 开启位图上下文
    UIGraphicsBeginImageContext(self.imageView.bounds.size);

    // 画图
    [self.image1 drawInRect:CGRectMake(0, 0, imageW * 0.5, imageH)];
    [self.image2 drawInRect:CGRectMake(imageW * 0.5, 0, imageW * 0.5, imageH)];

    // 将图片取出
    UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();

    // 关闭图形上下文
    UIGraphicsEndImageContext();

    // 在主线程上显示图片
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.imageView.image = image;
    });
    NSLog(@"3%@", [NSThread currentThread]);
});

GCD定时器

GCD定时器不受Mode影响因此比NSTimer要准确

static int count = 0;
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 这句话的意思现在很好懂了
});

// GCD定时器
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// 1.创建一个定时器源

// 参1:类型定时器
// 参2:句柄 
// 参3:mask传0 
// 参4:队列  (注意:dispatch_source_t本质是OC对象,表示源)
self.timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);

// 严谨起见,时间间隔需要用单位int64_t,做乘法以后单位就变了
// 下面这句代码表示回调函数时间间隔是多少
int64_t interval = (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC); 

// 如何设置开始时间 CGD给我们了一个设置时间的方法  
// 参1:dispatch_time_t when 传一个时间, delta是增量

dispatch_time_t start = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)); // 从现在起3秒后开始

// 2.设置定时器的各种属性

// 参1:timer 
// 参2:开始时间 
// 参3:时间间隔 
// 参4:传0 不需要   DISPATCH_TIME_NOW 表示现在 GCD 时间用 NS 表示
dispatch_source_set_timer(self.timer, start, interval, 0);


// 3.设置回调(即每次间隔要做什么事情)
dispatch_source_set_event_handler(self.timer, ^{
    NSLog(@"----------------%@", [NSThread currentThread]);

    // 如果希望做5次就停掉
    count++;
    if (count == 5) {
        dispatch_cancel(self.timer);
        self.timer = nil;
    }
});

// 4.启动定时器  (恢复)
dispatch_resume(self.timer);

讲完 GCD 就该讲讲 NSOperation,它是 GCD 的面向对象的封装,使用起来也更方便,

NSOperation实现多线程

NSOperation是个抽象类,并不具备封装操作的能力,必须使用它的子类

NSInvocationOperation
NSBlockOperation
自定义子类继承NSOperation,实现内部相应的方法

使用 NSOperation 实现多线程的步骤:

创建任务 NSOperation 对象
创建 NSOperationQueue 队列
将任务 NSOperation 对象 add 到 NSOperationQueue 队列中去

NSInvocationOperation

代码如下:

NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];

[op start];

注意:默认情况下,调用了start方法后并不会开一条新的线程去执行,而是在当前线程同步执行操作,只有将 NSOperation 放到一个 NSOperationQueue 中,才会异步执行操作

NSBlockOperation

NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    // 在主线程
      NSLog(@"下载1------%@", [NSThread currentThread]);
}];

// 添加额外的任务(在子线程执行),封装数大于1才会异步执行
[op addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"下载2------%@", [NSThread currentThread]);
}];

自定义Operation:需要实现- (void)main方法,需要做的事情放在mian方法中

NSOperationQueue

使用NSOperationQueue创建队列:主队列和全局队列

// 创建一个其他队列(包括串行队列和并发队列) 放到这个队列中的NSOperation对象会自动放到子线程中执行

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 创建一个主队列,放到这个队列中的NSOperation对象会自动放到子线程中执行
NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue];

// 表示并发数量:即同时执行任务的最大数。
queue.maxConcurrentOperationCount = 1;

队列的取消、暂停、恢复:

// NSOpertion的 - cancel 方法也可以停止单个操作
- (void)cancelAllOperations; 
// YES代表暂停队列,NO代表恢复队列
- (void)setSuspended:(BOOL)b;

添加依赖

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
NSBlockOperation *block1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"download1 -------------- %@", [NSThread currentThread]);
}];

NSBlockOperation *block2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"download2 -------------- %@", [NSThread currentThread]);
}];

NSBlockOperation *block3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"download3 -------------- %@", [NSThread currentThread]);
}];

// 添加依赖: block1 和 block2执行完后 再执行 block3  block3依赖于block1和block2

// 给block3添加依赖 让block3在block1和block2之后执行
[block3 addDependency:block1];
[block3 addDependency:block2];

[queue addOperation:block1];
[queue addOperation:block2];
[queue addOperation:block3];

注意:不能循环依赖,但可以跨队列依赖,不管NSOperation对象在哪个队列。只要是两个NSOperation对象就可以依赖

线程间通信

示例:下载图片

// 下载图片 operation实现线程间通信
[[[NSOperationQueue alloc] init] addOperation:[NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:[NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:@"http://7xjanq.com1.z0.glb.clouddn.com/6478.jpg"]]];

    // 返回主线程
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:[NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        self.imageView.image = image;
    }]];

}]];

示例:下载图片1和图片2 并合成图片

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 下载图片1
__block UIImage *image1 = nil;
NSBlockOperation *block1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    image1 = [UIImage imageWithData:[NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:@"http://7xjanq.com1.z0.glb.clouddn.com/6478.jpg"]]];
}];

// 下载图片2
__block UIImage *image2 = nil;
NSBlockOperation *block2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    image2 = [UIImage imageWithData:[NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:@"http://7xjanq.com1.z0.glb.clouddn.com/6478.jpg"]]];

}];

CGFloat imageW = self.imageView.bounds.size.width;
CGFloat imageH = self.imageView.bounds.size.height;

// 合成图片
NSBlockOperation *block3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(imageW, imageH));
    [image1 drawInRect:CGRectMake(0, 0, imageW * 0.5, imageH)];
    [image2 drawInRect:CGRectMake(0.5 * imageW, 0, 0.5 * imageW, imageH)];

    UIImage *image3 = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    UIGraphicsEndImageContext();
    // 切换回主线程显示图片
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:[NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        self.imageView.image = image3;
    }]];

}];

// 设置依赖
[block3 addDependency:block1];
[block3 addDependency:block2];

// 添加任务到队列中
[queue addOperation:block1];
[queue addOperation:block2];
[queue addOperation:block3];

应用

应用:SDWebImage 框架的底层主要功能实现就是基于多线程,使用多线程,我们可以实现小图片的多图片下载。这里的逻辑其实是比较复杂的

实现小图片的多图片下载思路:

代码实现见本文代码。

本文代码见:Multithreading

https://github.com/lizhaoLoveIT/Multithreading

本文分享自微信公众号 - 服务端技术杂谈(ITIBB2014)

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原始发表时间:2016-02-02

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