iOS多執行緒全套：執行緒生命週期，多執行緒的四種解決方案，執行緒安全問題，GCD的使用，NSOperation的使用

wuhao丶發表於2019-03-03

目的

本文主要是分享iOS多執行緒的相關內容，為了更系統的講解，將分為以下7個方面來展開描述。

多執行緒的基本概念

執行緒的狀態與生命週期

多執行緒的四種解決方案：pthread，NSThread，GCD，NSOperation

執行緒安全問題

NSThread的使用

GCD的理解與使用

NSOperation的理解與使用

Demo 在這裡：WHMultiThreadDemo
Demo的執行gif圖如下：

一、多執行緒的基本概念

程式：可以理解成一個執行中的應用程式，是系統進行資源分配和排程的基本單位，是作業系統結構的基礎，主要管理資源。

執行緒：是程式的基本執行單元，一個程式對應多個執行緒。

主執行緒：處理UI，所有更新UI的操作都必須在主執行緒上執行。不要把耗時操作放在主執行緒，會卡介面。

多執行緒：在同一時刻，一個CPU只能處理1條執行緒，但CPU可以在多條執行緒之間快速的切換，只要切換的足夠快，就造成了多執行緒一同執行的假象。

執行緒就像火車的一節車廂，程式則是火車。車廂（執行緒）離開火車（程式）是無法跑動的，而火車（程式）至少有一節車廂（主執行緒）。多執行緒可以看做多個車廂，它的出現是為了提高效率。
多執行緒是通過提高資源使用率來提高系統總體的效率。

我們運用多執行緒的目的是：將耗時的操作放在後臺執行！

二、執行緒的狀態與生命週期

執行緒的生命週期是：新建 - 就緒 - 執行 - 阻塞 - 死亡

下面分別闡述執行緒生命週期中的每一步

新建：例項化執行緒物件

就緒：向執行緒物件傳送start訊息，執行緒物件被加入可排程執行緒池等待CPU排程。

執行：CPU 負責排程可排程執行緒池中執行緒的執行。執行緒執行完成之前，狀態可能會在就緒和執行之間來回切換。就緒和執行之間的狀態變化由CPU負責，程式設計師不能干預。

阻塞：當滿足某個預定條件時，可以使用休眠或鎖，阻塞執行緒執行。sleepForTimeInterval（休眠指定時長），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥鎖）。

死亡：正常死亡，執行緒執行完畢。非正常死亡，當滿足某個條件後，線上程內部中止執行/在主執行緒中止執行緒物件

還有執行緒的exit和cancel
[NSThread exit]：一旦強行終止執行緒，後續的所有程式碼都不會被執行。
[thread cancel]取消：並不會直接取消執行緒，只是給執行緒物件新增 isCancelled 標記。

三、多執行緒的四種解決方案

多執行緒的四種解決方案分別是：pthread，NSThread，GCD， NSOperation。

pthread：運用C語言，是一套通用的API，可跨平臺Unix/Linux/Windows。執行緒的生命週期由程式設計師管理。
NSThread：物件導向，可直接操作執行緒物件。執行緒的生命週期由程式設計師管理。
GCD：代替NSThread，可以充分利用裝置的多核，自動管理執行緒生命週期。
NSOperation：底層是GCD，比GCD多了一些方法，更加物件導向，自動管理執行緒生命週期。

四、執行緒安全問題

當多個執行緒訪問同一塊資源時，很容易引發資料錯亂和資料安全問題。就好比幾個人在同一時修改同一個表格，造成資料的錯亂。

解決多執行緒安全問題的方法

方法一：互斥鎖（同步鎖）
@synchronized(鎖物件) {
    // 需要鎖定的程式碼
}複製程式碼
判斷的時候鎖物件要存在，如果程式碼中只有一個地方需要加鎖，大多都使用self作為鎖物件，這樣可以避免單獨再建立一個鎖物件。
加了互斥做的程式碼，當新執行緒訪問時，如果發現其他執行緒正在執行鎖定的程式碼，新執行緒就會進入休眠。

方法二：自旋鎖
加了自旋鎖，當新執行緒訪問程式碼時，如果發現有其他執行緒正在鎖定程式碼，新執行緒會用死迴圈的方式，一直等待鎖定的程式碼執行完成。相當於不停嘗試執行程式碼，比較消耗效能。
屬性修飾atomic本身就有一把自旋鎖。

下面說一下屬性修飾nonatomic 和 atomic

nonatomic 非原子屬性,同一時間可以有很多執行緒讀和寫
atomic 原子屬性(執行緒安全)，保證同一時間只有一個執行緒能夠寫入(但是同一個時間多個執行緒都可以取值)，atomic 本身就有一把鎖(自旋鎖)

atomic：執行緒安全，需要消耗大量的資源
nonatomic：非執行緒安全，不過效率更高，一般使用nonatomic複製程式碼

五、NSThread的使用

No.1：NSThread建立執行緒

NSThread有三種建立方式：

init方式
detachNewThreadSelector建立好之後自動啟動
performSelectorInBackground建立好之後也是直接啟動

/** 方法一，需要start */
NSThread *thread1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomething1:) object:@"NSThread1"];
// 執行緒加入執行緒池等待CPU排程，時間很快，幾乎是立刻執行
[thread1 start];

/** 方法二，建立好之後自動啟動 */
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(doSomething2:) toTarget:self withObject:@"NSThread2"];

/** 方法三，隱式建立，直接啟動 */
[self performSelectorInBackground:@selector(doSomething3:) withObject:@"NSThread3"];

- (void)doSomething1:(NSObject *)object {
    // 傳遞過來的引數
    NSLog(@"%@",object);
    NSLog(@"doSomething1：%@",[NSThread currentThread]);
}

- (void)doSomething2:(NSObject *)object {
    NSLog(@"%@",object);
    NSLog(@"doSomething2：%@",[NSThread currentThread]);
}

- (void)doSomething3:(NSObject *)object {
    NSLog(@"%@",object);
    NSLog(@"doSomething3：%@",[NSThread currentThread]);
}複製程式碼

No.2：NSThread的類方法

返回當前執行緒

// 當前執行緒
[NSThread currentThread];
NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);

// 如果number=1，則表示在主執行緒，否則是子執行緒
列印結果：<NSThread: 0x608000261380>{number = 1, name = main}複製程式碼

阻塞休眠

//休眠多久
[NSThread sleepForTimeInterval:2];
//休眠到指定時間
[NSThread sleepUntilDate:[NSDate date]];複製程式碼

類方法補充

//退出執行緒
[NSThread exit];
//判斷當前執行緒是否為主執行緒
[NSThread isMainThread];
//判斷當前執行緒是否是多執行緒
[NSThread isMultiThreaded];
//主執行緒的物件
NSThread *mainThread = [NSThread mainThread];複製程式碼

No.3：NSThread的一些屬性

//執行緒是否在執行
thread.isExecuting;
//執行緒是否被取消
thread.isCancelled;
//執行緒是否完成
thread.isFinished;
//是否是主執行緒
thread.isMainThread;
//執行緒的優先順序，取值範圍0.0到1.0，預設優先順序0.5，1.0表示最高優先順序，優先順序高，CPU排程的頻率高
 thread.threadPriority;複製程式碼

Demo：WHMultiThreadDemo

六、GCD的理解與使用

No.1：GCD的特點

GCD會自動利用更多的CPU核心

GCD自動管理執行緒的生命週期（建立執行緒，排程任務，銷燬執行緒等）

程式設計師只需要告訴 GCD 想要如何執行什麼任務，不需要編寫任何執行緒管理程式碼

No.2：GCD的基本概念

任務（block）：任務就是將要線上程中執行的程式碼，將這段程式碼用block封裝好，然後將這個任務新增到指定的執行方式（同步執行和非同步執行），等待CPU從佇列中取出任務放到對應的執行緒中執行。

同步（sync）：一個接著一個，前一個沒有執行完，後面不能執行，不開執行緒。

非同步（async）：開啟多個新執行緒，任務同一時間可以一起執行。非同步是多執行緒的代名詞

佇列：裝載執行緒任務的隊形結構。(系統以先進先出的方式排程佇列中的任務執行)。在GCD中有兩種佇列：序列佇列和併發佇列。

併發佇列：執行緒可以同時一起進行執行。實際上是CPU在多條執行緒之間快速的切換。（併發功能只有在非同步（dispatch_async）函式下才有效）

序列佇列：執行緒只能依次有序的執行。

GCD總結：將任務(要線上程中執行的操作block)新增到佇列(自己建立或使用全域性併發佇列)，並且指定執行任務的方式(非同步dispatch_async，同步dispatch_sync)

No.3：佇列的建立方法

使用dispatch_queue_create來建立佇列物件，傳入兩個引數，第一個參數列示佇列的唯一識別符號，可為空。第二個引數用來表示序列佇列（DISPATCH_QUEUE_SERIAL）或併發佇列（DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT）。
```
// 序列佇列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 併發佇列
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);複製程式碼
```
GCD的佇列還有另外兩種：

主佇列：主佇列負責在主執行緒上排程任務，如果在主執行緒上已經有任務正在執行，主佇列會等到主執行緒空閒後再排程任務。通常是返回主執行緒更新UI的時候使用。dispatch_get_main_queue()

  dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      // 耗時操作放在這裡

      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
          // 回到主執行緒進行UI操作

      });
  });複製程式碼

全域性併發佇列：全域性併發佇列是就是一個併發佇列，是為了讓我們更方便的使用多執行緒。dispatch_get_global_queue(0, 0)

//全域性併發佇列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//全域性併發佇列的優先順序
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高優先順序
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 預設（中）優先順序
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低優先順序
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 後臺優先順序
//iOS8開始使用服務質量，現在獲取全域性併發佇列時，可以直接傳0
dispatch_get_global_queue(0, 0);複製程式碼

No.4：同步/非同步/任務、建立方式

同步（sync）使用dispatch_sync來表示。
非同步（async）使用dispatch_async。
任務就是將要線上程中執行的程式碼，將這段程式碼用block封裝好。
程式碼如下：

    // 同步執行任務
    dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 任務放在這個block裡
        NSLog(@"我是同步執行的任務");

    });
    // 非同步執行任務
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 任務放在這個block裡
        NSLog(@"我是非同步執行的任務");

    });複製程式碼

Demo：WHMultiThreadDemo

No.5：GCD的使用

由於有多種佇列（序列/併發/主佇列）和兩種執行方式（同步/非同步），所以他們之間可以有多種組合方式。

序列同步
序列非同步
併發同步
併發非同步
主佇列同步
主佇列非同步

序列同步
執行完一個任務，再執行下一個任務。不開啟新執行緒。

/** 序列同步 */
- (void)syncSerial {

    NSLog(@"\n\n**************序列同步***************\n\n");

    // 序列佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    // 同步執行
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"序列同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"序列同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"序列同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}複製程式碼

輸入結果為順序執行，都在主執行緒：

序列同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
序列同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}複製程式碼

序列非同步
開啟新執行緒，但因為任務是序列的，所以還是按順序執行任務。

/** 序列非同步 */
- (void)asyncSerial {

    NSLog(@"\n\n**************序列非同步***************\n\n");

    // 序列佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    // 同步執行
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"序列非同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"序列非同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"序列非同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}複製程式碼

輸入結果為順序執行，有不同執行緒：

序列非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步2   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步2   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步2   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步3   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步3   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
序列非同步3   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}複製程式碼

併發同步
因為是同步的，所以執行完一個任務，再執行下一個任務。不會開啟新執行緒。

/** 併發同步 */
- (void)syncConcurrent {

    NSLog(@"\n\n**************併發同步***************\n\n");

    // 併發佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    // 同步執行
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"併發同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"併發同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"併發同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}複製程式碼

輸入結果為順序執行，都在主執行緒：

併發同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
併發同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}複製程式碼

併發非同步
任務交替執行，開啟多執行緒。

/** 併發非同步 */
- (void)asyncConcurrent {

    NSLog(@"\n\n**************併發非同步***************\n\n");

    // 併發佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    // 同步執行
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"併發非同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"併發非同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"併發非同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}複製程式碼

輸入結果為無序執行，有多條執行緒：

併發非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
併發非同步2   <NSThread: 0x60000026dc80>{number = 4, name = (null)}
併發非同步3   <NSThread: 0x60800026ab40>{number = 5, name = (null)}
併發非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
併發非同步2   <NSThread: 0x60000026dc80>{number = 4, name = (null)}
併發非同步3   <NSThread: 0x60800026ab40>{number = 5, name = (null)}
併發非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
併發非同步2   <NSThread: 0x60000026dc80>{number = 4, name = (null)}
併發非同步3   <NSThread: 0x60800026ab40>{number = 5, name = (null)}複製程式碼

主佇列同步
如果在主執行緒中運用這種方式，則會發生死鎖，程式崩潰。

/** 主佇列同步 */
- (void)syncMain {

    NSLog(@"\n\n**************主佇列同步，放到主執行緒會死鎖***************\n\n");

    // 主佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主佇列同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主佇列同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主佇列同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}複製程式碼

主佇列同步造成死鎖的原因：
如果在主執行緒中運用主佇列同步，也就是把任務放到了主執行緒的佇列中。
而同步對於任務是立刻執行的，那麼當把第一個任務放進主佇列時，它就會立馬執行。
可是主執行緒現在正在處理syncMain方法，任務需要等syncMain執行完才能執行。
syncMain執行到第一個任務的時候，又要等第一個任務執行完才能往下執行第二個和第三個任務。
這樣syncMain方法和第一個任務就開始了互相等待，形成了死鎖。

主佇列非同步
在主執行緒中任務按順序執行。

/** 主佇列非同步 */
- (void)asyncMain {

    NSLog(@"\n\n**************主佇列非同步***************\n\n");

    // 主佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主佇列非同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主佇列非同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主佇列非同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}複製程式碼

輸入結果為在主執行緒中按順序執行：

主佇列非同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步1   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步2   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
主佇列非同步3   <NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}複製程式碼

GCD執行緒之間的通訊
開發中需要在主執行緒上進行UI的相關操作，通常會把一些耗時的操作放在其他執行緒，比如說圖片檔案下載等耗時操作。
當完成了耗時操作之後，需要回到主執行緒進行UI的處理，這裡就用到了執行緒之間的通訊。

- (IBAction)communicationBetweenThread:(id)sender {

    // 非同步
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 耗時操作放在這裡，例如下載圖片。（運用執行緒休眠兩秒來模擬耗時操作）
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSString *picURLStr = @"http://www.bangmangxuan.net/uploads/allimg/160320/74-160320130500.jpg";
        NSURL *picURL = [NSURL URLWithString:picURLStr];
        NSData *picData = [NSData dataWithContentsOfURL:picURL];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:picData];

        // 回到主執行緒處理UI
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            // 在主執行緒上新增圖片
            self.imageView.image = image;
        });
    });
}複製程式碼

上面的程式碼是在新開的執行緒中進行圖片的下載，下載完成之後回到主執行緒顯示圖片。

GCD柵欄
當任務需要非同步進行，但是這些任務需要分成兩組來執行，第一組完成之後才能進行第二組的操作。這時候就用了到GCD的柵欄方法dispatch_barrier_async。

- (IBAction)barrierGCD:(id)sender {

    // 併發佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    // 非同步執行
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"柵欄：併發非同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"柵欄：併發非同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });

    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"------------barrier------------%@", [NSThread currentThread]);
        NSLog(@"******* 併發非同步執行，但是34一定在12後面 *********");
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"柵欄：併發非同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"柵欄：併發非同步4   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}複製程式碼

上面程式碼的列印結果如下，開啟了多條執行緒，所有任務都是併發非同步進行。但是第一組完成之後，才會進行第二組的操作。

柵欄：併發非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
柵欄：併發非同步2   <NSThread: 0x60000026e480>{number = 6, name = (null)}
柵欄：併發非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
柵欄：併發非同步2   <NSThread: 0x60000026e480>{number = 6, name = (null)}
柵欄：併發非同步1   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
柵欄：併發非同步2   <NSThread: 0x60000026e480>{number = 6, name = (null)}
 ------------barrier------------<NSThread: 0x60000026e480>{number = 6, name = (null)}
******* 併發非同步執行，但是34一定在12後面 *********
柵欄：併發非同步4   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
柵欄：併發非同步3   <NSThread: 0x60000026e480>{number = 6, name = (null)}
柵欄：併發非同步4   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
柵欄：併發非同步3   <NSThread: 0x60000026e480>{number = 6, name = (null)}
柵欄：併發非同步4   <NSThread: 0x60000026d740>{number = 3, name = (null)}
柵欄：併發非同步3   <NSThread: 0x60000026e480>{number = 6, name = (null)}複製程式碼

GCD延時執行
當需要等待一會再執行一段程式碼時，就可以用到這個方法了：dispatch_after。

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 5秒後非同步執行
    NSLog(@"我已經等待了5秒！");
});複製程式碼

GCD實現程式碼只執行一次
使用dispatch_once能保證某段程式碼在程式執行過程中只被執行1次。可以用來設計單例。

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    NSLog(@"程式執行過程中我只執行了一次！");
});複製程式碼

GCD快速迭代
GCD有一個快速迭代的方法dispatch_apply，dispatch_apply可以同時遍歷多個數字。

- (IBAction)applyGCD:(id)sender {

    NSLog(@"\n\n************** GCD快速迭代 ***************\n\n");

    // 併發佇列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

    // dispatch_apply幾乎同時遍歷多個數字
    dispatch_apply(7, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"dispatch_apply：%zd======%@",index, [NSThread currentThread]);
    });
}複製程式碼

列印結果如下：

dispatch_apply：0======<NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
dispatch_apply：1======<NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
dispatch_apply：2======<NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
dispatch_apply：3======<NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
dispatch_apply：4======<NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
dispatch_apply：5======<NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}
dispatch_apply：6======<NSThread: 0x60000007c500>{number = 1, name = main}複製程式碼

GCD佇列組
非同步執行幾個耗時操作，當這幾個操作都完成之後再回到主執行緒進行操作，就可以用到佇列組了。
佇列組有下面幾個特點：

所有的任務會併發的執行(不按序)。
所有的非同步函式都新增到佇列中，然後再納入佇列組的監聽範圍。
使用dispatch_group_notify函式，來監聽上面的任務是否完成，如果完成, 就會呼叫這個方法。

佇列組示例程式碼：

- (void)testGroup {
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();

    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"佇列組：有一個耗時操作完成！");
    });

    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"佇列組：有一個耗時操作完成！");
    });

    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"佇列組：前面的耗時操作都完成了，回到主執行緒進行相關操作");
    });
}複製程式碼

列印結果如下：

佇列組：有一個耗時操作完成！
佇列組：有一個耗時操作完成！
佇列組：前面的耗時操作都完成了，回到主執行緒進行相關操作複製程式碼

至此，GCD的相關內容敘述完畢。下面讓我們繼續學習NSOperation。

Demo：WHMultiThreadDemo

七、NSOperation的理解與使用

No.1：NSOperation簡介

NSOperation是基於GCD之上的更高一層封裝，NSOperation需要配合NSOperationQueue來實現多執行緒。

NSOperation實現多執行緒的步驟如下：

1. 建立任務：先將需要執行的操作封裝到NSOperation物件中。
2. 建立佇列：建立NSOperationQueue。
3. 將任務加入到佇列中：將NSOperation物件新增到NSOperationQueue中。複製程式碼

需要注意的是，NSOperation是個抽象類，實際運用時中需要使用它的子類，有三種方式：

使用子類NSInvocationOperation

使用子類NSBlockOperation

定義繼承自NSOperation的子類，通過實現內部相應的方法來封裝任務。

No.2：NSOperation的三種建立方式

NSInvocationOperation的使用
建立NSInvocationOperation物件並關聯方法，之後start。

- (void)testNSInvocationOperation {
    // 建立NSInvocationOperation
    NSInvocationOperation *invocationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationOperation) object:nil];
    // 開始執行操作
    [invocationOperation start];
}

- (void)invocationOperation {
    NSLog(@"NSInvocationOperation包含的任務，沒有加入佇列========%@", [NSThread currentThread]);
}複製程式碼

列印結果如下，得到結論：程式在主執行緒執行，沒有開啟新執行緒。
這是因為NSOperation多執行緒的使用需要配合佇列NSOperationQueue，後面會講到NSOperationQueue的使用。

NSInvocationOperation包含的任務，沒有加入佇列========<NSThread: 0x6000000783c0>{number = 1, name = main}複製程式碼

NSBlockOperation的使用
把任務放到NSBlockOperation的block中，然後start。

- (void)testNSBlockOperation {
    // 把任務放到block中
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"NSBlockOperation包含的任務，沒有加入佇列========%@", [NSThread currentThread]);
    }];

    [blockOperation start];
}複製程式碼

執行結果如下，可以看出：主執行緒執行，沒有開啟新執行緒。
同樣的，NSBlockOperation可以配合佇列NSOperationQueue來實現多執行緒。

NSBlockOperation包含的任務，沒有加入佇列========<NSThread: 0x6000000783c0>{number = 1, name = main}複製程式碼

但是NSBlockOperation有一個方法addExecutionBlock:，通過這個方法可以讓NSBlockOperation實現多執行緒。

- (void)testNSBlockOperationExecution {
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"NSBlockOperation運用addExecutionBlock主任務========%@", [NSThread currentThread]);
    }];

    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"NSBlockOperation運用addExecutionBlock方法新增任務1========%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"NSBlockOperation運用addExecutionBlock方法新增任務2========%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"NSBlockOperation運用addExecutionBlock方法新增任務3========%@", [NSThread currentThread]);
    }];

    [blockOperation start];
}複製程式碼

執行結果如下，可以看出，NSBlockOperation建立時block中的任務是在主執行緒執行，而運用addExecutionBlock加入的任務是在子執行緒執行的。

NSBlockOperation運用addExecutionBlock========<NSThread: 0x60800006ccc0>{number = 1, name = main}
addExecutionBlock方法新增任務1========<NSThread: 0x60800007ec00>{number = 3, name = (null)}
addExecutionBlock方法新增任務3========<NSThread: 0x6000002636c0>{number = 5, name = (null)}
addExecutionBlock方法新增任務2========<NSThread: 0x60800007e800>{number = 4, name = (null)}複製程式碼

運用繼承自NSOperation的子類
首先我們定義一個繼承自NSOperation的類，然後重寫它的main方法，之後就可以使用這個子類來進行相關的操作了。

/*******************"WHOperation.h"*************************/

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface WHOperation : NSOperation

@end


/*******************"WHOperation.m"*************************/

#import "WHOperation.h"

@implementation WHOperation

- (void)main {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        NSLog(@"NSOperation的子類WHOperation======%@",[NSThread currentThread]);
    }
}

@end


/*****************回到主控制器使用WHOperation**********************/

- (void)testWHOperation {
    WHOperation *operation = [[WHOperation alloc] init];
    [operation start];
}複製程式碼

執行結果如下，依然是在主執行緒執行。

SOperation的子類WHOperation======<NSThread: 0x608000066780>{number = 1, name = main}
NSOperation的子類WHOperation======<NSThread: 0x608000066780>{number = 1, name = main}
NSOperation的子類WHOperation======<NSThread: 0x608000066780>{number = 1, name = main}複製程式碼

所以，NSOperation是需要配合佇列NSOperationQueue來實現多執行緒的。下面就來說一下佇列NSOperationQueue。

No.3：佇列NSOperationQueue

NSOperationQueue只有兩種佇列：主佇列、其他佇列。其他佇列包含了序列和併發。

主佇列的建立如下，主佇列上的任務是在主執行緒執行的。
NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue];複製程式碼
其他佇列（非主佇列）的建立如下，加入到‘非佇列’中的任務預設就是併發，開啟多執行緒。
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];複製程式碼
注意：

非主佇列（其他佇列）可以實現序列或並行。

佇列NSOperationQueue有一個引數叫做最大併發數：maxConcurrentOperationCount。

maxConcurrentOperationCount預設為-1，直接併發執行，所以加入到‘非佇列’中的任務預設就是併發，開啟多執行緒。

當maxConcurrentOperationCount為1時，則表示不開執行緒，也就是序列。

當maxConcurrentOperationCount大於1時，進行併發執行。

系統對最大併發數有一個限制，所以即使程式設計師把maxConcurrentOperationCount設定的很大，系統也會自動調整。所以把最大併發數設定的很大是沒有意義的。

No.4：NSOperation + NSOperationQueue

把任務加入佇列，這才是NSOperation的常規使用方式。

addOperation新增任務到佇列

先建立好任務，然後運用- (void)addOperation:(NSOperation *)op 方法來吧任務新增到佇列中，示例程式碼如下：

- (void)testOperationQueue {
    // 建立佇列，預設併發
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 建立操作，NSInvocationOperation
    NSInvocationOperation *invocationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(invocationOperationAddOperation) object:nil];
    // 建立操作，NSBlockOperation
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"addOperation把任務新增到佇列======%@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];

    [queue addOperation:invocationOperation];
    [queue addOperation:blockOperation];
}


- (void)invocationOperationAddOperation {
    NSLog(@"invocationOperation===aaddOperation把任務新增到佇列====%@", [NSThread currentThread]);
}複製程式碼

執行結果如下，可以看出，任務都是在子執行緒執行的，開啟了新執行緒！

invocationOperation===addOperation把任務新增到佇列====<NSThread: 0x60800026ed00>{number = 4, name = (null)}
addOperation把任務新增到佇列======<NSThread: 0x60800026e640>{number = 3, name = (null)}
addOperation把任務新增到佇列======<NSThread: 0x60800026e640>{number = 3, name = (null)}
addOperation把任務新增到佇列======<NSThread: 0x60800026e640>{number = 3, name = (null)}複製程式碼

addOperationWithBlock新增任務到佇列

這是一個更方便的把任務新增到佇列的方法，直接把任務寫在block中，新增到任務中。

- (void)testAddOperationWithBlock {
    // 建立佇列，預設併發
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 新增操作到佇列
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"addOperationWithBlock把任務新增到佇列======%@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];
}複製程式碼

執行結果如下，任務確實是在子執行緒中執行。

addOperationWithBlock把任務新增到佇列======<NSThread: 0x6000000752c0>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列======<NSThread: 0x6000000752c0>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列======<NSThread: 0x6000000752c0>{number = 3, name = (null)}複製程式碼

運用最大併發數實現序列
上面已經說過，可以運用佇列的屬性maxConcurrentOperationCount（最大併發數）來實現序列，值需要把它設定為1就可以了，下面我們通過程式碼驗證一下。

- (void)testMaxConcurrentOperationCount {
    // 建立佇列，預設併發
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 最大併發數為1，序列
    queue.maxConcurrentOperationCount = 1;

    // 最大併發數為2，併發
//    queue.maxConcurrentOperationCount = 2;


    // 新增操作到佇列
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"addOperationWithBlock把任務新增到佇列1======%@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];

    // 新增操作到佇列
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"addOperationWithBlock把任務新增到佇列2======%@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];

    // 新增操作到佇列
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"addOperationWithBlock把任務新增到佇列3======%@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];
}複製程式碼

執行結果如下，當最大併發數為1的時候，雖然開啟了執行緒，但是任務是順序執行的，所以實現了序列。
你可以嘗試把上面的最大併發數變為2，會發現任務就變成了併發執行。

addOperationWithBlock把任務新增到佇列1======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列1======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列1======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列2======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列2======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列2======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列3======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列3======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}
addOperationWithBlock把任務新增到佇列3======<NSThread: 0x608000068980>{number = 3, name = (null)}複製程式碼

No.5：NSOperation的其他操作

取消佇列NSOperationQueue的所有操作，NSOperationQueue物件方法

- (void)cancelAllOperations複製程式碼

取消NSOperation的某個操作，NSOperation物件方法

- (void)cancel複製程式碼

使佇列暫停或繼續

// 暫停佇列
[queue setSuspended:YES];複製程式碼

判斷佇列是否暫停

- (BOOL)isSuspended複製程式碼

暫停和取消不是立刻取消當前操作，而是等當前的操作執行完之後不再進行新的操作。

No.6：NSOperation的操作依賴

NSOperation有一個非常好用的方法，就是操作依賴。可以從字面意思理解：某一個操作（operation2）依賴於另一個操作（operation1），只有當operation1執行完畢，才能執行operation2，這時，就是操作依賴大顯身手的時候了。

- (void)testAddDependency {

    // 併發佇列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 操作1
    NSBlockOperation *operation1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"operation1======%@", [NSThread  currentThread]);
        }
    }];

    // 操作2
    NSBlockOperation *operation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"****operation2依賴於operation1，只有當operation1執行完畢，operation2才會執行****");
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"operation2======%@", [NSThread  currentThread]);
        }
    }];

    // 使操作2依賴於操作1
    [operation2 addDependency:operation1];

    // 把操作加入佇列
    [queue addOperation:operation1];
    [queue addOperation:operation2];
}複製程式碼

執行結果如下，操作2總是在操作1之後執行，成功驗證了上面的說法。

operation1======<NSThread: 0x60800026dec0>{number = 3, name = (null)}
operation1======<NSThread: 0x60800026dec0>{number = 3, name = (null)}
operation1======<NSThread: 0x60800026dec0>{number = 3, name = (null)}
****operation2依賴於operation1，只有當operation1執行完畢，operation2才會執行****
operation2======<NSThread: 0x60800026dc80>{number = 4, name = (null)}
operation2======<NSThread: 0x60800026dc80>{number = 4, name = (null)}
operation2======<NSThread: 0x60800026dc80>{number = 4, name = (null)}複製程式碼

後記

本文所述的示例程式碼在這裡：WHMultiThreadDemo
推薦簡單又好用的分類集合：WHKit

github地址：github.com/remember17

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iOS多執行緒全套：執行緒生命週期，多執行緒的四種解決方案，執行緒安全問題，GCD的使用，NSOperation的使用

目的

一、多執行緒的基本概念

二、執行緒的狀態與生命週期

三、多執行緒的四種解決方案

四、執行緒安全問題

五、NSThread的使用

六、GCD的理解與使用

No.1：GCD的特點

No.2：GCD的基本概念

No.3：佇列的建立方法

No.4：同步/非同步/任務、建立方式

No.5：GCD的使用

七、NSOperation的理解與使用

No.1：NSOperation簡介

No.2：NSOperation的三種建立方式

No.3：佇列NSOperationQueue

No.4：NSOperation + NSOperationQueue

No.5：NSOperation的其他操作

No.6：NSOperation的操作依賴

後記

github地址：github.com/remember17

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