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iOS開發－多線程程式設計技術（Thread、Cocoa operations、GCD）

在軟體開發中，多線程程式設計技術被廣泛應用，相信多線程任務對我們來說已經不再陌生了。有了多線程技術，我們可以同做多個事情，而不是一個一個任務地進行。比如：前端和背景作互動、大任務（需要耗費一定的時間和資源）等等。也就是說，我們可以使用線程把占據時間長的任務放到背景中處理，而不影響到使用者的使用。

簡介

線程間通訊

有一個非常重要的隊列，就是主隊列。在這個隊列中處理多點觸控及所有與UI相關操作等等。它非常特殊，原因有兩點。一是我們絕對不想它阻塞，我們不會将需要執行很長時間的任務放在主隊列上執行。二是我們将其用于所有與UI相關的同步，也就是線程間通訊需要注意的地方。所有有可能會使螢幕UI發生變化的，都應放在主隊列上執行。

線程的定義：

每個正在系統上運作的程式都是一個程序。每個程序包含一到多個線程。程序也可能是整個程式或者是部分程式的動态執行。線程是一組指令的集合，或者是程式的特殊段，它可以在程式裡獨立執行。也可以把它了解為代碼運作的上下文。是以線程基本上是輕量級的程序，它負責在單個程式裡執行多任務。通常由作業系統負責多個線程的排程和執行。

轉自百度百科：多線程

如果熟悉多線程程式設計技術這一塊的朋友們，可以去看關于多線程安全的文章，是我寫的另一篇文章”iOS開發－多線程開發之線程安全篇“;

IOS支援的多線程技術：

一、Thread：

1）顯式建立線程：NSThreed

2）隐式建立線程：NSObject

二、Cocoa operations：

NSOperation類是一個抽象類，因為我們必須使用它的兩個子類。

　　1）NSInvocationOperation 

2）NSBlockOperation

————————————————————————————

3）NSOperationQueue（繼承于NSObject）

三、Grand Central Dispatch （GCD）：

1）GCD的建立

2）重複執行線程及一次性執行：dispatch_apply & dispatch_once

3）操作（串行）隊列：dispatch_queue_create

4）GCD群組通知：dispatch_group_t

5）GCD實作計時器

6）背景運作

7）延遲執行

四、比較多線程技術

一、Thread

我們可以使用NSTherad或NSObject類去調用：

1）顯式建立線程：NSThread

建立NSThread有兩個辦法

1.1）建立之後需要使用start方法，才會執行方法：

NSThread *threadAlloc = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadAlloc) object:nil];
[threadAlloc start];

1.2）建立并馬上執行方法：

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadAlloc:) toTarget:self withObject:nil];

我們也可以使用NSObject類的方法直接調用方法

[self performSelectorInBackground:@selector(threadAlloc) withObject:nil];

取消線程的方法：

實際上并沒有真正提供取消線程的API。蘋果提供了一個cancel的api，但它不能作用于取消線程，它隻能改變線程的運作狀态。我們可以使用它來進行條件判斷。

- (void)threadCancel
{
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadCancelNow) object:nil];
    [thread start];
}

- (void)threadCancelNow
{
    int a = 0;
    while (![[NSThread currentThread] isCancelled]) {
        NSLog(@"a - %d", a);
        a++;
        if (a == 5000) {
            NSLog(@"終止循環");
            [[NSThread currentThread] cancel];
            break;
        }
    }
}

程式效果：循環輸出5000次，線程就會被終止。

NSThread線程間通訊－調用主線程修改UI：

隻需要傳遞一個selector和它的參數，withObject參數可以為nil，waitUntilDone代表是否要等待調用它的這個線程執行之後再将它從主隊列調出，并在主隊列上運作，通常設為NO，不需要等待。

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; 

NSThread相關屬性及方法：

// 擷取/設定線程的名字
@property (copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

/**
 *  擷取目前線程的線程對象
 *
 *  通過這個屬性可以檢視目前線程是第幾條線程，主線程為1。
 *  可以看到目前線程的序号及名字，主線程的序号為1，依次疊加。
 */
+ (NSThread *)currentThread;

// 線程休眠（秒）
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;

// 線程休眠，指定具體什麼時間休眠
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;

// 退出線程 
// 注意：這裡會把線程對象銷毀！銷毀後就不能再次啟動線程，否則程式會崩潰。
+ (void)exit;

二、Cocoa operations

1）NSInvocationOperation

建立NSInvocationOperation線程，附帶一個NSString參數：

NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"abc"];
// 需要啟動線程，預設是不啟動的。
[operation start];

如在建立時定義了參數，那麼接收的時候，可以對sender進行轉換，如字元串、數組等：

- (void)invocationAction:(NSInvocationOperation *)sender
{
    NSLog(@"sender - %@", sender);      // 輸出params
    NSString *str = (NSString *)sender;
    NSLog(@"str - %@e", str);           // params
}

附帶一提，線程的普通建立一般為并發執行的，因為串行隊列是需要顯式建立的，如沒看見此類代碼，那麼即是并發隊列線程，是以，上述代碼也就是并發線程。關于并發和串行隊列（線程），我将會在下面詳細說明，我們繼續往下看。

你也可以使用NSOperationQueue來建立一個線程隊列，用來添加子線程：

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

// 線程A
NSInvocationOperation *invocationQ1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ1"];

// 線程B
NSInvocationOperation *invocationQ2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ2"];

// 往invocationQueue添加子線程
[invocationQueue addOperations:@[invocationQ1, invocationQ2] waitUntilFinished:YES];

必須使用addOperations:方法把線程添加至隊列，不然線程不會執行，隊列是并行執行。或者，你也可以使用addOperation:方法添加單個線程。

建立NSBlockOperation

// 建立線程任務
NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation
                                    blockOperationWithBlock:^{
                                        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
                                        NSLog(@"one - %@", [NSThread currentThread]);
                                    }];;// 執行線程任務
[blockOperation start];

注意：這會在目前的線程中執行，因為它是根據調用的線程所決定的。

比方說你在主線程中運作它，那麼它就是在主線程中執行任務。如果你是在子線程中運作它，那麼它就是在子線程中執行任務。

做個簡單的實驗，我們建立一條子線程，然後在子線程裡調用NSBlockOperation

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation
                                        blockOperationWithBlock:^{
                                            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
                                            NSLog(@"one - %@", [NSThread currentThread]);
                                            // print: one - <NSThread: 0x7f8ac2e1d0b0>{number = 2, name = (null)}
                                        }];;
    
    [blockOperation start];
});

它将列印：one - <NSThread: 0x7f8ac2e1d0b0>{number = 2, name = (null)}，是以這個理論是正确的

我們也可以使它并發執行，通過使用addExecutionBlock方法添加多個Block，這樣就能使它在主線程和其它子線程中工作。

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

[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"two - %@", [NSThread currentThread]);
}];

[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"three - %@", [NSThread currentThread]);
}];

[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"four - %@", [NSThread currentThread]);
}];

[blockOperation start];

它将列印：

two - <NSThread: 0x7fea8a70b000>{number = 3, name = (null)}
one - <NSThread: 0x7fea8a558a40>{number = 4, name = (null)}
four - <NSThread: 0x7fea8a406b90>{number = 1, name = main}
three - <NSThread: 0x7fea8a436e40>{number = 2, name = (null)}

大家都看到，即使我們通過使用addExecutionBlock方法使它并發執行任務，但是它也依舊會在主線程執行，是以我們就需要使用NSOperationQueue了。

3）NSOperationQueue

這裡介紹一下NSOperation的依賴關系，依賴關系會影響線程的執行順序：

// 建立操作隊列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 線程A
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"op1");
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
}];

// 線程B
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"op2");
}];

// 線程C
NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"op3");
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
}];

// 線程B依賴線程C，也就是等線程C執行完之後才會執行線程B
[op2 addDependency:op3];
// 線程C依賴線程A，同上，隻不過依賴對象改成了線程A
[op3 addDependency:op1];

// 為隊列添加線程
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
[queue addOperation:op3];

當你沒添加依賴時，隊列是并行執行的。

注意：依賴關系可以多重依賴，但不要建立循環依賴。

Cocoa operations線程間通信－調用主線程修改UI：

// 建立線程對象（并發）
NSBlockOperation *blockOperation = [[NSBlockOperation alloc] init];

// 添加新的操作
[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"two - %@", [NSThread currentThread]);
}];

// 添加新的操作
[blockOperation addExecutionBlock:^{
    NSLog(@"three - %@", [NSThread currentThread]);
    // 在主線程修改UI
    NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        [self editUINow];
    }];
}];

[blockOperation start];

 NSOperation方法及屬性：

// 設定線程的最大并發數
@property NSInteger maxConcurrentOperationCount;

// 線程完成後調用的Block
@property (copy) void (^completionBlock)(void);

// 取消線程
- (void)cancel;

隻列舉上面那些，其它的方法就不全列出來了。

注意：在NSOperationQueue類中，我們可以使用cancelAllOperations方法取消所有的線程。這裡需要說明一下，不是執行cancelAllOperations方法時就會馬上取消，是等目前隊列執行完，下面的隊列不會再執行。

三、Grand Central Dispatch （GCD）

1）GCD異步線程的建立：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"線程 - %@", [NSThread currentThread]);
});

GCD也可以建立同步的線程，隻需要把async改成sync即可。

2）重複執行線程：dispatch_apply

以下代碼會執行4次：

dispatch_apply(4, DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, ^(size_t index) {
    // index則為執行的次數 0開始遞增
    NSLog(@"one - %ld", index);
});

index參數為執行的次數，從0開始遞增。

其中需要注意的是，每次執行都會新開辟一條子線程，因為是異步的原因，它們不會是順序的。

[657:159159] one - 0, thread - <NSThread: 0x100110b50>{number = 1, name = main}
[657:159191] one - 2, thread - <NSThread: 0x103800000>{number = 2, name = (null)}
[657:159192] one - 3, thread - <NSThread: 0x100112b90>{number = 3, name = (null)}
[657:159190] one - 1, thread - <NSThread: 0x100501180>{number = 4, name = (null)}

然而，GCD還有一次性執行的方法：

dispatch_once_t once;
dispatch_once(&once, ^{
    NSLog(@"once - %@", [NSThread currentThread]); // 主線程
});

它通常用于建立單例。

3）操作隊列：dispatch_queue_create

使用GCD也能建立串行隊列，具體代碼如下：

/**
 *  GCD建立串行隊列
 *
 *  @param "com.GarveyCalvin.queue"  隊列字元串辨別
 *  @param DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 可選的，可以是NULL
 *
 *  @return dispatch_queue_t
 */
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.GarveyCalvin.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// 線程A
dispatch_async(queue, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1];
    NSLog(@"sleep async - %@", [NSThread currentThread]);
});

// 線程B
dispatch_barrier_async(queue, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:3];
    NSLog(@"sleep barrier2 - %@", [NSThread currentThread]);
});

// 線程C
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"async");
});

運作效果：以上會先執行 線程A－》線程B－》線程C，它是一個串行隊列。

dispatch_queue_create的第二個參數：

1）DISPATCH_QUEUE_SERIAL(串行)

2）DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT(并發)

GCD的進階用法，等所有線程都完成工作後，再作通知。

// 建立群組
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

// 線程A
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"group1");
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
});

// 線程B
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"group2");
});

// 待群組裡的線程都完成之後調用的通知
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"group success");
});

群組裡的線程也是并行隊列。線程A和線程B都執行完之後，會調用通知列印group success。

__block int time = 30;
CGFloat reSecond = 1.0;
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, reSecond * NSEC_PER_SEC, 0);
dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
    time--;
    NSLog(@"%d", time);
    if (time == 0) {
        dispatch_source_cancel(timer);
    }
});
dispatch_resume(timer);

代碼效果：建立了一個計時器，計時器運作30秒，每過一秒會調用一次block，我們可以在block裡面寫代碼。因為dispatch_source_t預設是挂起狀态，是以我們使用時需要使用dispatch_resume方法先恢複，不然線程不會執行。

GCD線程間通信－調用主線程修改UI：

有時候我們請求背景作資料處理，資料處理是異步的，資料處理完成後需要更新UI，這時候我們需要切換到主線程修改UI，例子如下：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"異步資料處理 - %@", [NSThread currentThread]);
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"資料處理完成");
    
    // 調用主線程更新UI
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"更新UI - %@", [NSThread currentThread]);
        [self editUINow];
    });
});

因為是在主線程修改UI，是以我們最好是使用同步的GCD方法dispatch_sync。但這還不夠，我們還需要使用dispatch_get_main_queue()方法來獲得主線程，之後就是作UI的更新工作了。

GCD方法及屬性：

// 擷取主線程
dispatch_get_main_queue()

// 建立隊列：第一個參數是隊列的名稱，它會出現在調試程式等之中，是個内部名稱。第二個參數代表它是串行隊列還是并并發隊列，NULL代表串行隊列。
dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr);

// 建立異步排程隊列
void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

// 恢複隊列
void dispatch_resume(dispatch_object_t object);

// 暫停隊列
void dispatch_suspend(dispatch_object_t object);

小結：本文主要介紹了IOS三種線程對比及其使用方法。需要特别注意的是，在修改任何有關于UI的東西，我們必須要切換至主線程，在主線程裡修改UI，避免不必要的麻煩産生。蘋果是推薦我們使用GCD，因為GCD是這三種裡面抽象級最高的，使用起來也簡單，也是消耗資源最低的，并且它執行效率比其它兩種都高。是以，能夠使用GCD的地方，盡量使用GCD。

使用block的另一個好處是可以讓程式在背景較久地運作。在以前，當應用被按Home鍵退出後，應用僅有最多5秒的時間做一些儲存或清理資源的工作。 但是如果使用GCD，你可以讓你的應用最多有10分鐘的時間在背景長久運作。這個時間可以用來做各種事情，包括清理本地緩存、發送統計資料等工作。

AppDelegate.h
@interface AppDelegate ()

@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backGroundUpdate;

@end

AppDelegate.m
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application {
    [self beginBackGroundUpdate];
   // 需要長久運作的代碼
    [self endBackGroundUpdate];
}

- (void)beginBackGroundUpdate
{
    self.backGroundUpdate = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{
        [self endBackGroundUpdate];
    }];
}

- (void)endBackGroundUpdate
{
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:self.backGroundUpdate];
    self.backGroundUpdate = UIBackgroundTaskInvalid;
}

建議大家在真機上測試，因為筆者在模拟器測試了24分鐘還有效。

如果我們想要某段代碼延遲執行，那麼可以使用dispatch_after ，但是有一個缺點是，當送出代碼後（代碼執行後），我們不能取消它，它将會運作。另外，我們可以使用 NSTimer 進行延時操作，值得一提，它是可以被取消的。

dispatch_time_t time_t = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(time * NSEC_PER_SEC));
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_after(time_t, queue, ^{
    NSLog(@"hahalo");
});

比較多線程技術

一、Thread： 

優點：量級較輕。

缺點：需要自己管理線程的生命周期，線程同步。線程同步對資料的加鎖會有一定的系統開銷。

優點：不需要關心線程管理，資料同步的事情，可以把精力放在自己需要執行的操作上。

優點：GCD基于C的API，非常底層，可以充分利用多核，能夠輕松在多核系統上高效運作并發代碼，也是蘋果推薦使用的多線程技術。

本文參考：

iOS多線程開發

GCD的另一個用處是可以讓程式在背景較長久的運作。

全面掌握iOS多線程攻略 —— PS：這個攻略較多，但是有很多重複的内容。

iOS多線程的初步研究（一）-- NSThread

博文作者：GarveyCalvin

博文出處：http://www.cnblogs.com/GarveyCalvin/

本文版權歸作者和部落格園共有，歡迎轉載，但須保留此段聲明，并給出原文連結，謝謝合作！

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