iOS開發-多執行緒程式設計技術(Thread、Cocoa operations、GCD)
簡介
在軟體開發中,多執行緒程式設計技術被廣泛應用,相信多執行緒任務對我們來說已經不再陌生了。有了多執行緒技術,我們可以同做多個事情,而不是一個一個任務地進行。比如:前端和後臺作互動、大任務(需要耗費一定的時間和資源)等等。也就是說,我們可以使用執行緒把佔據時間長的任務放到後臺中處理,而不影響到使用者的使用。
執行緒間通訊
有一個非常重要的佇列,就是主佇列。在這個佇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,我們不會將需要執行很長時間的任務放在主佇列上執行。二是我們將其用於所有與UI相關的同步,也就是執行緒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,都應放在主佇列上執行。
執行緒的定義:
每個正在系統上執行的程式都是一個程序。每個程序包含一到多個執行緒。程序也可能是整個程式或者是部分程式的動態執行。執行緒是一組指令的集合,或者是程式的特殊段,它可以在程式裡獨立執行。也可以把它理解為程式碼執行的上下文。所以執行緒基本上是輕量級的程序,它負責在單個程式裡執行多工。通常由作業系統負責多個執行緒的排程和執行。
轉自百度百科:多執行緒
如果熟悉多執行緒程式設計技術這一塊的朋友們,可以去看關於多執行緒安全的文章,是我寫的另一篇文章”iOS開發-多執行緒開發之執行緒安全篇“;
IOS支援的多執行緒技術:
一、Thread:
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。
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三、Grand Central Dispatch (GCD):
一、Thread
我們可以使用NSTherad或NSObject類去呼叫:
1)顯式建立執行緒: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)建立並馬上執行方法:
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadAlloc:) toTarget:self withObject:nil];
2)隱式建立執行緒:NSObject
我們也可以使用NSObject類的方法直接呼叫方法
[self performSelectorInBackground:@selector(threadAlloc) withObject:nil];
取消執行緒的方法:
實際上並沒有真正提供取消執行緒的API。蘋果提供了一個cancel的api,但它不能作用於取消執行緒,它只能改變執行緒的執行狀態。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(@"終止迴圈"); [[NSThread currentThread] cancel]; break; } } }
程式效果:迴圈輸出5000次,執行緒就會被終止。
NSThread執行緒間通訊-呼叫主執行緒修改UI:
只需要傳遞一個selector和它的引數,withObject引數可以為nil,waitUntilDone代表是否要等待呼叫它的這個執行緒執行之後再將它從主佇列調出,並在主佇列上執行,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:
// 獲取/設定執行緒的名字 @property (copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); /** * 獲取當前執行緒的執行緒物件 * * 通過這個屬性可以檢視當前執行緒是第幾條執行緒,主執行緒為1。 * 可以看到當前執行緒的序號及名字,主執行緒的序號為1,依次疊加。 */ + (NSThread *)currentThread; // 執行緒休眠(秒) + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti; // 執行緒休眠,指定具體什麼時間休眠 + (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date; // 退出執行緒 // 注意:這裡會把執行緒物件銷燬!銷燬後就不能再次啟動執行緒,否則程式會崩潰。 + (void)exit;
二、Cocoa operations
1)NSInvocationOperation
建立NSInvocationOperation執行緒,附帶一個NSString引數:
NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"abc"]; // 需要啟動執行緒,預設是不啟動的。 [operation start];
如在建立時定義了引數,那麼接收的時候,可以對sender進行轉換,如字串、陣列等:
- (void)invocationAction:(NSInvocationOperation *)sender { NSLog(@"sender - %@", sender); // 輸出params NSString *str = (NSString *)sender; NSLog(@"str - %@e", str); // params }
附帶一提,執行緒的普通建立一般為併發執行的,因為序列佇列是需要顯式建立的,如沒看見此類程式碼,那麼即是併發佇列執行緒,因此,上述程式碼也就是併發執行緒。關於併發和序列佇列(執行緒),我將會在下面詳細說明,我們繼續往下看。
你也可以使用NSOperationQueue來建立一個執行緒佇列,用來新增子執行緒:
NSOperationQueue *invocationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init]; // 執行緒A NSInvocationOperation *invocationQ1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ1"]; // 執行緒B NSInvocationOperation *invocationQ2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationAction:) object:@"invocationQ2"]; // 往invocationQueue新增子執行緒 [invocationQueue addOperations:@[invocationQ1, invocationQ2] waitUntilFinished:YES];
必須使用addOperations:方法把執行緒新增至佇列,不然執行緒不會執行,佇列是並行執行。或者,你也可以使用addOperation:方法新增單個執行緒。
2)NSBlockOperation
建立NSBlockOperation
// 建立執行緒任務 NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"one - %@", [NSThread currentThread]); }];;// 執行執行緒任務 [blockOperation start];
注意:這會在當前的執行緒中執行,因為它是根據呼叫的執行緒所決定的。
比方說你在主執行緒中執行它,那麼它就是在主執行緒中執行任務。如果你是在子執行緒中執行它,那麼它就是在子執行緒中執行任務。
做個簡單的實驗,我們新建一條子執行緒,然後在子執行緒裡呼叫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]; });
它將列印:one - <NSThread: 0x7f8ac2e1d0b0>{number = 2, name = (null)},因此這個理論是正確的
我們也可以使它併發執行,通過使用addExecutionBlock方法新增多個Block,這樣就能使它在主執行緒和其它子執行緒中工作。
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];
它將列印:
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方法使它併發執行任務,但是它也依舊會在主執行緒執行,因此我們就需要使用NSOperationQueue了。
3)NSOperationQueue
這裡介紹一下NSOperation的依賴關係,依賴關係會影響執行緒的執行順序:
// 建立操作佇列 NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; // 執行緒A NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ NSLog(@"op1"); [NSThread sleepForTimeInterval:2]; }]; // 執行緒B NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ NSLog(@"op2"); }]; // 執行緒C NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ NSLog(@"op3"); [NSThread sleepForTimeInterval:2]; }]; // 執行緒B依賴執行緒C,也就是等執行緒C執行完之後才會執行執行緒B [op2 addDependency:op3]; // 執行緒C依賴執行緒A,同上,只不過依賴物件改成了執行緒A [op3 addDependency:op1]; // 為佇列新增執行緒 [queue addOperation:op1]; [queue addOperation:op2]; [queue addOperation:op3];
當你沒新增依賴時,佇列是並行執行的。
注意:依賴關係可以多重依賴,但不要建立迴圈依賴。
Cocoa operations執行緒間通訊-呼叫主執行緒修改UI:
// 建立執行緒物件(併發) NSBlockOperation *blockOperation = [[NSBlockOperation alloc] init]; // 新增新的操作 [blockOperation addExecutionBlock:^{ NSLog(@"two - %@", [NSThread currentThread]); }]; // 新增新的操作 [blockOperation addExecutionBlock:^{ NSLog(@"three - %@", [NSThread currentThread]); // 在主執行緒修改UI NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue]; [queue addOperationWithBlock:^{ [self editUINow]; }]; }]; [blockOperation start];
NSOperation方法及屬性:
// 設定執行緒的最大併發數 @property NSInteger maxConcurrentOperationCount; // 執行緒完成後呼叫的Block @property (copy) void (^completionBlock)(void); // 取消執行緒 - (void)cancel;
只列舉上面那些,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方法取消所有的執行緒。這裡需要說明一下,不是執行cancelAllOperations方法時就會馬上取消,是等當前佇列執行完,下面的佇列不會再執行。
三、Grand Central Dispatch (GCD)
1)GCD非同步執行緒的建立:
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ NSLog(@"執行緒 - %@", [NSThread currentThread]); });
GCD也可以建立同步的執行緒,只需要把async改成sync即可。
2)重複執行執行緒:dispatch_apply
以下程式碼會執行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引數為執行的次數,從0開始遞增。
其中需要注意的是,每次執行都會新開闢一條子執行緒,因為是非同步的原因,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]); // 主執行緒 });
它通常用於建立單例。
3)操作佇列:dispatch_queue_create
使用GCD也能建立序列佇列,具體程式碼如下:
/** * GCD建立序列佇列 * * @param "com.GarveyCalvin.queue" 佇列字串標識 * @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); // 執行緒A dispatch_async(queue, ^{ [NSThread sleepForTimeInterval:1]; NSLog(@"sleep async - %@", [NSThread currentThread]); }); // 執行緒B dispatch_barrier_async(queue, ^{ [NSThread sleepForTimeInterval:3]; NSLog(@"sleep barrier2 - %@", [NSThread currentThread]); }); // 執行緒C dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"async"); });
執行效果:以上會先執行 執行緒A-》執行緒B-》執行緒C,它是一個序列佇列。
dispatch_queue_create的第二個引數:
1)DISPATCH_QUEUE_SERIAL(序列)
2)DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT(併發)
4)GCD群組通知:dispatch_group_t
GCD的高階用法,等所有執行緒都完成工作後,再作通知。
// 建立群組 dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); // 執行緒A dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ NSLog(@"group1"); [NSThread sleepForTimeInterval:2]; }); // 執行緒B dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ NSLog(@"group2"); }); // 待群組裡的執行緒都完成之後呼叫的通知 dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ NSLog(@"group success"); });
群組裡的執行緒也是並行佇列。執行緒A和執行緒B都執行完之後,會呼叫通知列印group success。
5)GCD實現計時器
__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);
程式碼效果:建立了一個計時器,計時器執行30秒,每過一秒會呼叫一次block,我們可以在block裡面寫程式碼。因為dispatch_source_t預設是掛起狀態,因此我們使用時需要使用dispatch_resume方法先恢復,不然執行緒不會執行。
GCD執行緒間通訊-呼叫主執行緒修改UI:
有時候我們請求後臺作資料處理,資料處理是非同步的,資料處理完成後需要更新UI,這時候我們需要切換到主執行緒修改UI,例子如下:
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ NSLog(@"非同步資料處理 - %@", [NSThread currentThread]); [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"資料處理完成"); // 呼叫主執行緒更新UI dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"更新UI - %@", [NSThread currentThread]); [self editUINow]; }); });
因為是在主執行緒修改UI,所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()方法來獲得主執行緒,之後就是作UI的更新工作了。
GCD方法及屬性:
// 獲取主執行緒 dispatch_get_main_queue() // 建立佇列:第一個引數是佇列的名稱,它會出現在除錯程式等之中,是個內部名稱。第二個引數代表它是序列佇列還是並併發佇列,NULL代表序列佇列。 dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr); // 建立非同步排程佇列 void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); // 恢復佇列 void dispatch_resume(dispatch_object_t object); // 暫停佇列 void dispatch_suspend(dispatch_object_t object);
小結:本文主要介紹了IOS三種執行緒對比及其使用方法。需要特別注意的是,在修改任何有關於UI的東西,我們必須要切換至主執行緒,在主執行緒裡修改UI,避免不必要的麻煩產生。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,並且它執行效率比其它兩種都高。因此,能夠使用GCD的地方,儘量使用GCD。
6)後臺執行
使用block的另一個好處是可以讓程式在後臺較久地執行。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分鐘的時間在後臺長久執行。這個時間可以用來做各種事情,包括清理本地快取、傳送統計資料等工作。
AppDelegate.h @interface AppDelegate () @property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backGroundUpdate; @end AppDelegate.m - (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application { [self beginBackGroundUpdate]; // 需要長久執行的程式碼 [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,因為筆者在模擬器測試了24分鐘還有效。
7)延遲執行
如果我們想要某段程式碼延遲執行,那麼可以使用dispatch_after ,但是有一個缺點是,當提交程式碼後(程式碼執行後),我們不能取消它,它將會執行。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"); });
比較多執行緒技術
一、Thread:
優點:量級較輕。
缺點:需要自己管理執行緒的生命週期,執行緒同步。執行緒同步對資料的加鎖會有一定的系統開銷。
二、Cocoa operations:
優點:不需要關心執行緒管理,資料同步的事情,可以把精力放在自己需要執行的操作上。
三、Grand Central Dispatch (GCD):
優點:GCD基於C的API,非常底層,可以充分利用多核,能夠輕鬆在多核系統上高效執行併發程式碼,也是蘋果推薦使用的多執行緒技術。
本文參考:
全面掌握iOS多執行緒攻略 —— PS:這個攻略較多,但是有很多重複的內容。
博文作者:GarveyCalvin
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