本文是投稿文章,作者:小笨狼(博客 微博)
多線程是程序開發中非常基礎的一個概念,大家在開發過程中應該或多或少用過相關的東西。同時這恰恰又是一個比較棘手的概念,一切跟多線程掛鉤的東西都會變得復雜。如果使用過程中對多線程不夠熟悉,很可能會埋下一些難以預料的坑。
iOS中的多線程技術主要有NSThread, GCD和NSOperation。他們的封裝層次依次遞增,其中
NSThread封裝性最差,最偏向於底層,主要基於thread使用
GCD是基於C的API,直接使用比較方便,主要基於task使用
NSOperation是基於GCD封裝的NSObject對象,對於復雜的多線程項目使用比較方便,主要基於隊列使用
這篇文章是這個多線程系列的第一篇,主要介紹NSThread, NSThread是上面三項技術中唯一基於thread的,每一個NSThread對象代表著一個線程,理解NSThread更有利於理解多線程的含義。
多線程的概念
曾經面試的時候被問到過什麼是線程和進程?當時感覺自己似乎知道這是什麼東西,但是比劃了半天就是說不上來
根據Apple官方的定義:
The term thread is used to refer to a separate path of execution for code.
The term process is used to refer to a running executable, which can encompass multiple threads.
線程用於指代一個獨立執行的代碼路徑
進程用於指代一個可執行程序,他可以包含多個線程
當一個可執行程序中擁有多個獨立執行的代碼路徑的時候,這就叫做多線程。
NSThread API
線程創建
對於NSThread來說,每一個對象就代表著一個線程,NSThread提供了2種創建線程的方法:
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(nullable id)argument; - (instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(nullable id)argument NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
detach方法直接創建並啟動一個線程去Selector,由於沒有返回值,如果需要獲取新創建的Thread,需要在執行的Selector中調用-[NSThread currentThread]獲取
init方法初始化線程並返回,線程的入口函數由Selector傳入。線程創建出來之後需要手動調用-start方法啟動
線程操作
創建好線程之後當然需要對線程進行操作,NSThread給線程提供的主要操作方法有啟動,睡眠,取消,退出
啟動
我們使用init方法將線程創建出來之後,線程並不會立即運行,只有我們手動調用-start方法才會啟動線程
- (void)start NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
這裡要注意的是:部分線程屬性需要在啟動前設置,線程啟動之後再設置會無效。如qualityOfService屬性
睡眠
NSThread提供了2個讓線程睡眠的方法,一個是根據NSDate傳入睡眠時間,一個是直接傳入NSTimeInterval
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date; + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
看到sleepUntilDate:大家可能會想起runloop的runUntilDate:。他們都有阻塞線程的效果,但是阻塞之後的行為又有不一樣的地方,使用的時候,我們需要根據具體需求選擇合適的API。
sleepUntilDate:相當於執行一個sleep的任務。在執行過程中,即使有其他任務傳入runloop,runloop也不會立即響應,必須sleep任務完成之後,才會響應其他任務
runUntilDate:雖然會阻塞線程,阻塞過程中並不妨礙新任務的執行。當有新任務的時候,會先執行接收到的新任務,新任務執行完之後,如果時間到了,再繼續執行runUntilDate:之後的代碼
取消
對於線程的取消,NSThread提供了一個取消的方法和一個屬性
@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); - (void)cancel NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
不過大家千萬不要被它的名字迷惑,調用-cancel方法並不會立刻取消線程,它僅僅是將cancelled屬性設置為YES。cancelled也僅僅是一個用於記錄狀態的屬性。線程取消的功能需要我們在main函數中自己實現
要實現取消的功能,我們需要自己在線程的main函數中定期檢查isCancelled狀態來判斷線程是否需要退出,當isCancelled為YES的時候,我們手動退出。如果我們沒有在main函數中檢查isCancelled狀態,那麼調用-cancel將沒有任何意義
退出
與充滿不確定性的-cancel相比,-exit函數可以讓線程立即退出。
+ (void)exit;
-exit屬於核彈級別終極API,調用之後會立即終止線程,即使任務還沒有執行完成也會中斷。這就非常有可能導致內存洩露等嚴重問題,所以一般不推薦使用。
對於有runloop的線程,可以使用CFRunLoopStop()結束runloop配合-cancel結束線程
[2016.1.19更新]
感謝@NSHYJ的提醒。runloop啟動的方法中run和runUntilDate:都無法使用CFRunLoopStop()退出,只有runMode:beforeDate:可以響應CFRunLoopStop(),所以要想使用CFRunLoopStop()退出runloop,必須使用runMode:beforeDate:啟動
線程通訊
線程准備好之後,經常需要從主線程把耗時的任務丟給輔助線程,當任務完成之後輔助線程再把結果傳回主線程傳,這些線程通訊一般用的都是perform方法
//① - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray *)array; //② - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; //③ - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); //④ - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
①:將selector丟給主線程執行,可以指定runloop mode
②:將selector丟給主線程執行,runloop mode默認為common mode
③:將selector丟個指定線程執行,可以指定runloop mode
④:將selector丟個指定線程執行,runloop mode默認為default mode
所以我們一般用③④方法將任務丟給輔助線程,任務執行完成之後再使用①②方法將結果傳回主線程。
注意:perform方法只對擁有runloop的線程有效,如果創建的線程沒有添加runloop,perform的selector將無法執行。
線程優先級
每個線程的緊急程度是不一樣的,有的線程中任務你也許希望盡快執行,有的線程中任務也許並不是那麼緊急,所以線程需要有優先級。優先級高線程中的任務會比優先級低的線程先執行
NSThread有4個優先級的API
+ (double)threadPriority; + (BOOL)setThreadPriority:(double)p; @property double threadPriority NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); // To be deprecated; use qualityOfService below @property NSQualityOfService qualityOfService NS_AVAILABLE(10_10, 8_0); // read-only after the thread is started
前2個是類方法,用於設置和獲取當前線程的優先級
threadPriority屬性可以通過對象設置和獲取優先級
由於線程優先級是一個比較抽線的東西,沒人能知道0.5和0.6到底有多大區別,所以iOS8之後新增了qualityOfService枚舉屬性,大家可以通過枚舉值設置優先級
typedef NS_ENUM(NSInteger, NSQualityOfService) { NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21, NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19, NSQualityOfServiceDefault = -1 NSQualityOfServiceUtility = 0x11, NSQualityOfServiceBackground = 0x09, }
NSQualityOfService主要有5個枚舉值,優先級別從高到低排布:
NSQualityOfServiceUserInteractive:最高優先級,主要用於提供交互UI的操作,比如處理點擊事件,繪制圖像到屏幕上
NSQualityOfServiceUserInitiated:次高優先級,主要用於執行需要立即返回的任務
NSQualityOfServiceDefault:默認優先級,當沒有設置優先級的時候,線程默認優先級
NSQualityOfServiceUtility:普通優先級,主要用於不需要立即返回的任務
NSQualityOfServiceBackground:後台優先級,用於完全不緊急的任務
一般主線程和沒有設置優先級的線程都是默認優先級。
主線程和當前線程
NSThread也提供了非常方便的獲取和判斷主線程的API
@property (readonly) BOOL isMainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); + (BOOL)isMainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); // reports whether current thread is main + (NSThread *)mainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
isMainThread:判斷當前線程是否是主線程
mainThread:獲取主線程的thread
除了獲取主線程,我們也可以使用-currentThread獲取當前線程
+ (NSThread *)currentThread;
線程通知
NSThread有三個線程相關的通知
NSString * const NSWillBecomeMultiThreadedNotification; NSString * const NSDidBecomeSingleThreadedNotification; NSString * const NSThreadWillExitNotification;
NSWillBecomeMultiThreadedNotification:由當前線程派生出第一個其他線程時發送,一般一個線程只發送一次
NSDidBecomeSingleThreadedNotification:這個通知目前沒有實際意義,可以忽略
NSThreadWillExitNotification線程退出之前發送這個通知
NSThread實例
只看API畢竟比較抽象,下面我用一個例子給大家展示NSThread的使用方法
線程創建
我們首先來創建一個線程,並用self.thread持有,以便後面操作線程和線程通訊使用
self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadMain) object:nil]; // ①創建線程 self.thread.qualityOfService = NSQualityOfServiceDefault; //②設置線程優先級 [self.thread start]; //③啟動線程
①:創建線程,並指定入口main函數為-threadMain
②:設置線程的優先級,qualityOfService屬性必須在線程啟動之前設置,啟動之後將無法再設置
③:調用start方法啟動線程。
由於線程的創建和銷毀非常消耗性能,大多情況下,我們需要復用一個長期運行的線程來執行任務。
在線程啟動之後會首先執行-threadMain,正常情況下threadMain方法執行結束之後,線程就會退出。為了線程可以長期復用接收消息,我們需要在threadMain中給thread添加runloop
- (void)threadMain { [[NSThread currentThread] setName:@"myThread"]; // ①給線程設置名字 NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop]; // ②給線程添加runloop [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; //③給runloop添加數據源 while (![[NSThread currentThread] isCancelled]) { //④:檢查isCancelled [runLoop runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10]]; //⑤啟動runloop } }
①:設置線程的名字,這一步不是必須的,主要是為了debug的時候更方便,可以直接看出這是哪個線程
②:自定義的線程默認是沒有runloop的,調用-currentRunLoop,方法內部會為線程創建runloop
③:如果沒有數據源,runloop會在啟動之後會立刻退出。所以需要給runloop添加一個數據源,這裡添加的是NSPort數據源
④:定期檢查isCancelled,當外部調用-cancel方法將isCancelled置為YES的時候,線程可以退出
⑤:啟動runloop
線程通訊
線程創建好了之後我們就可以給線程丟任務了,當我們有一個需要比較耗時的任務的時候,我們可以調用perform方法將task丟給這個線程。
[self performSelector:@selector(threadTask) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO]
結束線程
當我們想要結束線程的時候,我們可以使用CFRunLoopStop()配合-cancel來結束線程。
- (void)cancelThread { [[NSThread currentThread] cancel]; CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent()); }
不過這個方法必須在self.thread線程下調用。如果當前是主線程。可以perform到self.thread下調用這個方法結束線程
Extension
runloop相關知識可以閱讀ibireme的深入理解RunLoop
NSThread使用實例可以閱讀AFNetWroking 2的源碼