多线程 - IOS的多线程方案总结
前言
一、主线程和子线程的区别
二、IOS - 子线程操作UI
三、IOS - NSThread
四、IOS - performSelector
五、常用的多线程方案
了解了进程和线程的区别、线程的原理、线程优缺点等知识点之后。具体总结一下IOS的多线程使用。
一、主线程和子线程的区别
先来看一个demo:
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
//创建一个子线程，执行test任务
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];
[thread start];
}
- (void)test {
//在子线程中，添加一个timer
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:true];
//添加到runloop中
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
//开启runloop，保持循环
[[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate distantFuture]];
}
- (void)run {
NSLog(@"1");
}
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
//点击屏幕，让主线程退出
[NSThread exit];
}
开启一条子线程，在子线程中开启计时。然后我点击屏幕让主线程退出。此时主线程会被杀掉吗？如果主线程杀掉，子线程会仍然保持运行吗？
答案是：主线程会被杀掉，子线程仍然会保持运行，而且app不会崩溃，但是点击屏幕之后，所有UI都无响应了。
通过这个demo可以总结：
对于操作系统来说，app的主线程就是一个子线程，所以主线程和子线程在本质上没有任何区别。
但是IOS系统对待主线程和子线程是有区别的，它的区别在于：所有的UI渲染都必须在主线程上执行。
之所以放在主线程，是因为考虑到性能问题：
如果在渲染UI的时候，用多个线程去操作，会产生混乱问题。要么只用一条线程去加载，要么就通过多线程加锁来解决线程安全问题。
通过多线程加锁方案，首先开启多个线程会耗费cpu的资源以及占用内存，同时加锁也会耗费性能。基于这种情况考虑，苹果选择了用一条线程来加载渲染UI。
二、IOS - 子线程操作UI
在了解子线程和主线程的区别之后，抛出一个问题，如果在子线程操作UI，比如在子线程更新UILabel的text，会有效果吗？
首先明确一点：子线程里面是可以更新UI的。
比如我们在设置UI文字、背景颜色等，简单的来说是通过Core Animation 将处理过后的Layer递归打包发送到RenderServer，最终通过GPU渲染。在这个过程中，UI操作涉及到访问各种View对象的属性和渲染。如果我们在子线程去操作，由于UIKit不是线程安全的，所以会造成最少两个方面的问题：
（1）会存在读写不一致的问题。
（2）在渲染方面，由于图像的渲染需要以60帧的刷新率在屏幕上同步更新，在非主线程异步的情况下，无法确定这个处理过程能够实现同步更新。
所以简单的或者极少数的UI操作，比如设置文字，颜色等，在子线程中可能会及时更新。但是非常不建议在子线程中去做UI相关的操作。
三、IOS - NSThread
1、 NSThread基本用法
（1）创建一个thread，然后执行start方法
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];
[thread start];
（2）通过detach来默认启动一条线程
+ (void)detachNewThreadWithBlock:(void (^)(void))block API_AVAILABLE(macosx(10.12), ios(10.0), watchos(3.0), tvos(10.0)) NS_SWIFT_DISABLE_ASYNC;
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(nullable id)argument;
（3）通过alloc出NSThread创建线程的时候，需要手动执行start方法，紧接着会执行main方法。
而通过detachNewThread来启动线程，会默认创建NSThread并执行start方法。
下两个符号断点：-[NSThread start]和-[NSThread main]，通过汇编分析：
在start方法中，会通过pthread_create来创建一条线程。
然后来到main方法中，执行target的selector方法。
结论：NSThread 和 pthread是一一对应的，NSThread是pthread的一层抽象封装。
当然NSThread也可以设置线程的名称、优先级以及判断线程是否是主线程等方法。
2、cancel和exit方法
例如下面代码：
@property (nonatomic, strong) NSThread *curThread;
.....
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];
self.curThread = thread;
[self.curThread start];
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,0.5*NSEC_PER_SEC), dispatch_get_main_queue(), ^{
[self.curThread cancel];
});
}
- (void)test {
NSLog(@"任务开始");
while (![NSThread currentThread].isCancelled) {
NSLog(@"任务执行");
}
NSLog(@"任务结束");
}
当开启一条线程，然后延时0.5秒之后执行cancel方法时，通过判断[NSThread currentThread].isCancelled来停止循环，此时任务结束。
为了验证线程是否被销毁：
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,1.0*NSEC_PER_SEC), dispatch_get_main_queue(), ^{
[self performSelector:@selector(test) onThread:self.curThread withObject:nil waitUntilDone:false];
});
我延时1.0秒，继续在该线程执行test任务，结果并没有执行。这就证明，当线程任务执行完之后，线程就会销毁了。
为了不让线程在执行完任务之后销毁，我们将此线程的runloop开启，并且加入一个port，不让runloop退出：
- (void)test {
[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
NSLog(@"任务开始");
while (![NSThread currentThread].isCancelled) {
NSLog(@"任务执行");
}
NSLog(@"任务结束");
[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}
此时线程会是一个常驻线程，也就不会退出了。
那么如何把一个常驻线程退出呢？需要通过 [NSThread exit];
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,2.0*NSEC_PER_SEC), dispatch_get_main_queue(), ^{
[self performSelector:@selector(test1) onThread:self.curThread withObject:nil waitUntilDone:false];
});
......
- (void)test1 {
[NSThread exit];
}
我继续延时2.0秒，执行该线程的test1任务，在任务中调用 [NSThread exit]。此时线程会被销毁，runloop也退出了。
或者通过移除Runloop中刚才添加的port，让Runloop先退出，然后线程会自动销毁。
当然也可以通过变量控制，这里会在探索Runloop的时候具体分析。
四、IOS - performSelector
1、NSObject中的performSelector
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;
//底层实现：
- (id)performSelector:(SEL)sel {
if (!sel) [self doesNotRecognizeSelector:sel];
return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(self, sel);
}
这3个performSelector方法其底层都是走的objc_msgSend，和我们直接调用一个方法没有区别。
2、NSThreadPerformAdditions分类
@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array;
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
// equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes
// waitUntilDone设置为YES,会阻塞主线程,优先在子线程中执行方法,方法执行完后主线程再继续后面的打印
// waitUntilDone设置为NO,子线程的方法和主线程的打印同时进行
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
// equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
@end
注意
（1）其中前4个方法，是在主线程或者开启子线程去执行任务，而performSelectorInBackground就是创建一个NSThread然后去start。这里就不具体的分析了。
（2）后3个方法（主线程/子线程->子线程），必须保证要执行事件的子线程开启RunLoop。
3、NSDelayedPerforming 分类
@interface NSObject (NSDelayedPerforming)
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray<NSRunLoopMode> *)modes;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector object:(nullable id)anArgument;
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget;
@end
这个分类同时提供了延时和取消的方法，但是有一点需要注意：
它是基于runloop中的timer的，如果在子线程中使用的话，需要手动开启runloop，否则不会执行。
4、NSRunloop的扩展
@interface NSRunLoop (NSOrderedPerform)
- (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
这个方法很少在项目中用到，但是功能我感觉是真的强大，它可以根据order来控制执行的顺序。因为它是基于Runloop的observer回调，所以在子线程中需要开启Runloop。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
_port1 = [NSPort port];
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];
thread.name = @"custom thread";
[thread start];
/*
dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("xxxx", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(q, ^{
[self test];
});
*/
}
- (void)test {
[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:_port1 forMode:NSRunLoopCommonModes];
[[NSRunLoop currentRunLoop] performSelector:@selector(test1) target:self argument:nil order:1 modes:@[NSRunLoopCommonModes]];
[[NSRunLoop currentRunLoop] performSelector:@selector(test4) target:self argument:nil order:4 modes:@[NSRunLoopCommonModes]];
[[NSRunLoop currentRunLoop] performSelector:@selector(test3) target:self argument:nil order:3 modes:@[NSRunLoopCommonModes]];
[[NSRunLoop currentRunLoop] performSelector:@selector(test2) target:self argument:nil order:2 modes:@[NSRunLoopCommonModes]];
/*
//或者：让runloop只跑一次
[[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate distantPast]];
*/
[self performSelector:@selector(cancel) withObject:nil afterDelay:1];
[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}
- (void)test1 {
NSLog(@"1");
}
- (void)test2 {
NSLog(@"2");
}
- (void)test3 {
NSLog(@"3");
}
- (void)test4 {
NSLog(@"4");
}
- (void)test6 {
NSLog(@"===");
}
- (void)cancel {
[[NSRunLoop currentRunLoop] removePort:_port1 forMode:NSRunLoopCommonModes];
/*
如果是用gcd开启的线程，这里exit会崩溃。(EXC_BAD_INSTRUCTION )
[NSThread exit];
*/
}
打印顺序为 1 2 3 4。同样的如果在子线程中执行，需要开启runloop，并保持事件循环。注意必要时需要退出线程(通过移除port，退出runloop)。
五、常用的多线程方案
IOS最常用的多线程方案就是GCD和NSOperation&NSOperationQueue了。
这个两个方案后面会具体进行分析。