IOS高階程式設計之三：IOS 多執行緒程式設計

多執行緒的概念在各個作業系統上都會接觸到，windows、Linux、mac os等等這些常用的作業系統，都支援多執行緒的概念。

當然ios中也不例外，但是執行緒的執行節點可能是我們平常不太注意的。

例如：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    for(int i = 0 ; i < 100 ; i++)
    {
        NSLog(@"===%@===%d" , [NSThread currentThread].name , i);
        if(i == 20)
        {
            // 建立執行緒物件
            NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self
                selector:@selector(run) object:nil];
            // 啟動新執行緒
            [thread start];
//            // 建立並啟動新執行緒
//            [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self
//                withObject:nil];
        }
    }
}
- (void)run
{
    for(int i = 0 ; i < 100 ; i++)
    {
        NSLog(@"-----%@----%d" , [NSThread currentThread].name, i);
    }
}

上面列印的內容每一次都是不同的，什麼意思呢？

當我們建立了4個執行緒後，加上UI主執行緒一共5個執行緒。

新的執行緒在執行start方法之後，並不會立即執行。他們會被cpu隨機的執行，只是間隔非常短，以至於我們感覺上是多個執行緒在同時執行。

所以執行緒有這麼一個特點：執行的隨機性。

但是我們可以設定執行緒的優先順序，讓優先順序更高的執行緒獲得更多的執行機會。

 

那麼什麼時候要使用多執行緒程式設計呢？

相信有過開發經驗的程式設計師都知道，當我們把程式碼寫完後，程式是一行一行逐行執行程式碼的，當其中一行程式碼需要執行較長時間（例如select一個教複雜的語句或者較多的資料時），那麼程式就會出現卡頓的現象，不會相應使用者的操作。

因為開啟程式後會預設開啟一個主執行緒，即UI執行緒。當處於剛才那種情況時，比如一個windows程式，就會出現程式暫時無響應的提示，好像電腦卡主的感覺，這是非常不好的一種感受。。。。

當我們要避免這種情況的時候，最好的方式就是多執行緒，開啟一個新的執行緒，用來執行一個耗時的操作，執行完成後再讓主執行緒來修改ui頁面（如果需要的話）。

 

介紹完了執行緒的一些知識，那麼下面來具體看ios中多執行緒的幾種實現方式，主要有一下三種：

1、NSThread ：就是剛剛例子中使用的方式，但是使用上比較繁瑣，而且需要控制好資料的同步和非同步問題

2、NSOperation 和 NSOperationQueue ： 這種方式程式碼比較簡潔，可讀性強，而且使用佇列的形式管理多個任務，本人比較喜歡

3、使用GCD( Grand Central Dispatch ) ：相較於NSThread使用簡單，使用佇列管理任務

 

一、首先來介紹NSThread

1、建立NSThread的兩種方式

-(id) initWithTarget:(id) target selector:(SEL) selector object:(id) arg:

+(void)detachNewThreadSelector:(SEL) selector toTarget:(id) target withObject:(id) arg:

第二種方式，建立NSThread後會自動啟動

 

2、NSThread的常用方法

+currentThread ： 返回當前正在執行的執行緒物件

 

3、執行緒的狀態

一開始的例子中提了一下，執行緒建立後，執行了start方法並不是立即就執行了。可能ui執行緒執行了幾毫秒後，cpu才執行它，執行幾毫秒後再執行ui執行緒，但這個過程是隨機發生的。

如果想讓執行緒立即執行，那麼可以讓ui執行緒sleep 1毫秒，這樣cpu就會執行其他可執行的執行緒，可以達到立即執行的效果

[NSThread sleepForTimeInterval:0.001];//讓當前執行的執行緒睡眠1毫秒

執行緒正在執行時，呼叫isExecuting方法返回 YES ，執行緒執行完成後呼叫 isFinished 方法就會返回 YES

 

4、終止子執行緒

執行緒會以一下3種方式之一結束，結束後就處於死亡狀態

1）執行緒執行的方法體執行完成，執行緒正常結束

2）執行過程中出現了錯誤

3）呼叫NSThread 類的 exit 方法來終止當前執行緒

 

在UI 執行緒中 ，NSThread 並沒有提供方法來結束其他的子執行緒。但是我們可以利用 NSThread 的cancel 方法，執行該方法後， 該執行緒的狀態為 isCancelled = YES，但並不會結束執行緒。

NSThread* thread;
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    // 建立新執行緒物件
    thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run)
        object:nil];
    // 啟動新執行緒
    [thread start];
}
- (void)run
{
    for(int i = 0 ; i < 100 ; i++)
    {
        if([NSThread currentThread].isCancelled)
        {
            // 終止當前正在執行的執行緒
            [NSThread exit];
        }
        NSLog(@"-----%@----%d" , [NSThread currentThread].name, i);
        // 每執行一次，執行緒暫停0.5秒
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
    }
}
- (IBAction)cancelThread:(id)sender
{
    // 取消thread執行緒，呼叫該方法後，thread的isCancelled方法將會返回NO
    [thread cancel]; 
}

利用例子中程式碼的形式，我們就可以達到在UI執行緒中結束其他子執行緒的目的了。

 

5、執行緒睡眠

要讓執行緒進入阻塞狀態或者睡眠狀態，可以執行sleepXXX格式的方法：

+(void) sleepUntilDate:(NSDate *) aDate  : 讓執行緒睡眠，知道aDate那個時間點再醒過來

-(void)sleepForTimeInterval ：讓執行緒睡眠多少秒

 

6、改變執行緒優先順序

NSThread 提供瞭如下幾個方法來獲取和設定執行緒的優先順序

+threadPriority: 獲取當前正在執行的執行緒的優先順序

-threadPriority：獲取執行緒例項的優先順序

 

+setThreadPriority :(double) priority ： 設定當前正在執行的執行緒的優先順序

-setThreadPriority :(double) priority ： 設定執行緒例項的優先順序

(double) priority的 取值範圍是0.0~1.0；優先順序越高的執行緒獲得的執行機會越多

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"UI執行緒的優先順序為：%g" , [NSThread threadPriority]);
    // 建立第一個執行緒物件
    NSThread* thread1 = [[NSThread alloc]
        initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    // 設定第一個執行緒物件的名字
    thread1.name = @"執行緒A";
    NSLog(@"執行緒A的優先順序為：%g" , thread1.threadPriority);
    // 設定使用最低優先順序
    thread1.threadPriority = 0.0;
    // 建立第二個執行緒物件
    NSThread* thread2 = [[NSThread alloc]
        initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    // 設定第二個執行緒物件的名字
    thread2.name = @"執行緒B";
    NSLog(@"執行緒B的優先順序為：%g" , thread2.threadPriority);
    // 設定使用最高優先順序
    thread2.threadPriority = 1.0;
    // 啟動2個執行緒
    [thread1 start];
    [thread2 start];
}
- (void)run
{
    for(int i = 0 ; i < 100 ; i++)
    {
        NSLog(@"-----%@----%d" , [NSThread currentThread].name, i);
    }
}

 

二、使用GCD實現多執行緒

GCD簡化了多執行緒的實現，主要有兩個核心概念：

1、佇列：佇列負責管理開發者提交的任務，以先進先出的方式來處理任務。

1）序列佇列：每次只執行一個任務，當前一個任務執行完成後才執行下一個任務

2）並行佇列：多個任務併發執行，所以先執行的任務可能最後才完成（因為具體的執行過程導致）

2、任務：任務就是開發者提供給佇列的工作單元，這些任務將會提交給佇列底層維護的執行緒池，因此這些任務將會以多執行緒的方式執行。

 

3、建立佇列

1）獲取系統預設的全域性併發佇列：

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

2) 獲取系統主執行緒關聯的穿行佇列

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

如果將任務提交給主執行緒關聯的序列佇列，那麼就相當於在程式主執行緒中去執行該任務。

3)建立穿行佇列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queueName", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

4)建立併發佇列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queueName", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

5)獲取當前執行程式碼所在佇列

dispatch_get_current_queue，返回一個dispatch_queue_t型別的值

 

4、提交任務

使用下面的方法將任務以同步或者非同步的方式提交到佇列

//將程式碼塊以非同步的方式提交給指定佇列
void  dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

//將函式以非同步的方式提交給指定佇列，一般執行函式的方法與執行程式碼塊的方法比，方法名多了一個_f的字尾
void  dispatch_async_f(dispatch_queue_t queue, void* context, dispatch_function_t work);

//將程式碼塊以同步的方式提交給指定佇列
void  dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

//將函式以同步的方式提交給指定佇列，一般執行函式的方法與執行程式碼塊的方法比，方法名多了一個_f的字尾
void  dispatch_sync_f(dispatch_queue_t queue, void* context, dispatch_function_t work);

//將程式碼塊以非同步的方式提交給指定佇列，佇列的執行緒池負責在指定時間點 when 之後執行
void  dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

//將函式以非同步的方式提交給指定佇列，佇列的執行緒池負責在指定時間點 when 之後執行
void  dispatch_after_f(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue,  void* context, dispatch_function_t work);

//將程式碼塊以非同步的方式提交給指定佇列，佇列的執行緒池將會重複多次執行該任務
void  dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void(^block)(size_t));

//將函式以非同步的方式提交給指定佇列，佇列的執行緒池將會重複多次執行該任務
void  dispatch_apply_f(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void* context, void(*work)(void*, size_t));

//將程式碼塊提交給指定佇列，在應用的某個生命週期內金執行一次
void dispatch_once(dispatch_once_t *predicate, dispatch_block_t block);

 

下面給出一個以非同步方式向序列佇列、併發佇列新增任務的例項

// 定義2個佇列
dispatch_queue_t serialQueue;
dispatch_queue_t concurrentQueue;
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    // 建立序列佇列
    serialQueue = dispatch_queue_create("fkjava.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    // 建立併發佇列
    concurrentQueue = dispatch_queue_create("fkjava.queue"
        , DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
}
- (IBAction)serial:(id)sender
{
    // 依次將2個程式碼塊提交給序列佇列
    // 必須等到第1個程式碼塊完成後，才能執行第2個程式碼塊。
    dispatch_async(serialQueue, ^(void)
    {
        for (int i = 0 ; i < 100; i ++)
        {
            NSLog(@"%@=====%d"  , [NSThread currentThread] , i);
        }
    });
    dispatch_async(serialQueue, ^(void)
    {
        for (int i = 0 ; i < 100; i ++)
        {
            NSLog(@"%@------%d" , [NSThread currentThread] , i);
        }
    });
}
- (IBAction)concurrent:(id)sender
{
    // 依次將2個程式碼塊提交給併發佇列
    // 兩個程式碼塊可以併發執行
    dispatch_async(concurrentQueue, ^(void)
    {
        for (int i = 0 ; i < 100; i ++)
        {
            NSLog(@"%@=====%d"  , [NSThread currentThread] , i);
        }
    });
    dispatch_async(concurrentQueue, ^(void)
    {
        for (int i = 0 ; i < 100; i ++)
        {
            NSLog(@"%@------%d" , [NSThread currentThread] , i);
        }
    });
}

提交同步任務：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
}
- (IBAction)clicked:(id)sender
{
    // 以同步方式先後提交2個程式碼塊
    dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)
        , ^(void){
            for (int i = 0 ; i < 100; i ++)
            {
                NSLog(@"%@=====%d"  , [NSThread currentThread] , i);
                [NSThread sleepForTimeInterval:0.1];
            }
        });
    // 必須等第一次提交的程式碼塊執行完成後，dispatch_sync()函式才會返回，
    // 程式才會執行到這裡，才能提交第二個程式碼塊。
    dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)
        , ^(void){
            for (int i = 0 ; i < 100; i ++)
            {
                NSLog(@"%@-----%d"  , [NSThread currentThread] , i);
                [NSThread sleepForTimeInterval:0.1];
            }
        });
}

 

多次執行的任務：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
}
- (IBAction)clicked:(id)sender
{
    // 控制程式碼塊執行5次
    dispatch_apply(5
        , dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)
        // time形參代表當前正在執行第幾次
        , ^(size_t time)
        {
            NSLog(@"===執行【%lu】次===%@" , time
                , [NSThread currentThread]);
        });
}

 

只執行一次的任務

@implementation FKViewController
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
}
- (IBAction)clicked:(id)sender
{    
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"==執行程式碼塊==");
        // 執行緒暫停3秒
        [NSThread sleepForTimeInterval:3];
    });
}

三、使用NSOperation 和 NSOPerationQueue 實現多執行緒

和GCD差不多，也是有佇列和任務的概念

NSOperationQueue：代表一個先進先出的佇列，負責管理系統提交的多個NSOperation。底層維護一個執行緒池，會按順序啟動執行緒來執行提交給佇列的NSOperation

NSOperation：代表多執行緒任務。一般不直接使用NSOperation，而是使用NSOperation的子類。或者使用NSInvocationOperation和NSBlockOperation（這兩個類繼承自NSOperation）；

1、NSOperation的使用

NSOperation 的使用相較於GCD是物件導向的，OC實現的，而GCD應該是C實現的（看函式的定義和使用）。

使用NSOperation 只需兩步：

1）建立 NSOperationQueue 佇列，並未該佇列設定相關屬性

2）建立 NSOperation 子類物件，並將該物件提交給 NSOperationQueue 佇列，該佇列將會按順序依次啟動每個 NSOperation。

 

2、NSOperationQueue的常用方法：

+currentQueue //類方法，返回執行當前NSOperation的NSOperationQueue佇列

+mainQueue //返回系統主執行緒的NSOperationQueue佇列

-(void) addOperation:(NSOperation *) operation //將operation新增到NSOperationQueue佇列中

-(void) addOperations:(NSArray *) ops waitUnitlFinished:(BOLL) wait //將NSArray中包含的所有NSOperation新增到NSOperationQueue。如果第二個引數指定為YES，將會阻塞當前執行緒，直到提交的所有NSOperation執行完成。如果第二個引數為NO，該方法立即返回，NSArray包含的NSOperation將以非同步方式執行，不會阻塞當前執行緒。

- operations //只讀屬性，返回該NSOperationQueue管理的所有NSOperation
-operationCount //只讀屬性，返回該NSOperationQueue管理的所有NSOperation數量

-cancelAllOperations: //取消NSOperationQueue佇列中所有正在排隊和執行的NSOperation

-waitUntilAllOperationsAreFinished://阻塞當前執行緒，直到該NSOperationQueue中所有排隊和執行的NSOperation執行完成再接觸阻塞

-(NSInteger) maxConcurrentOperationCount://返回該佇列最大支援多少個併發執行緒

-setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger) count //設定該佇列最大支援多少個併發執行緒

-setSuspended:(BOOL) suspend: //設定NSOperationQueue是否已經暫停排程正在排隊的NSOperation

-(BOLL) isSuspended: //返回NSOperationQueue是否已經暫停排程正在排隊的NSOperation

3、使用NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation

NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation 繼承自 NSOperation，所以可以直接使用，用於封裝需要非同步執行的任務。

 

使用它們實現圖片非同步下載：

NSOperationQueue* queue;
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    // 設定該佇列最多支援10條併發執行緒
    queue.maxConcurrentOperationCount = 10;
}
- (IBAction)clicked:(id)sender
{
    NSString* url = @"http://www.......jpg";
    // 以傳入的程式碼塊作為執行體，建立NSOperation
    NSBlockOperation* operation = [NSBlockOperation
        blockOperationWithBlock:^{
            // 從網路獲取資料
            NSData *data = [[NSData alloc]
                initWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:url]];
            // 將網路資料初始化為UIImage物件
            UIImage *image = [[UIImage alloc]initWithData:data];
            if(image != nil)
            {
                // 在主執行緒中執行updateUI:方法
                [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:)
                    withObject:image waitUntilDone:YES];
            }
            else
            {
                NSLog(@"---下載圖片出現錯誤---");
            }
        }];
    // 將NSOperation新增給NSOperationQueue
    [queue addOperation:operation];
}
-(void)updateUI:(UIImage*) image
{
    self.iv.image = image;
}

 

NSOperationQueue* queue;
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    // 設定該佇列最多支援10條併發執行緒
    queue.maxConcurrentOperationCount = 10;
}
- (IBAction)clicked:(id)sender
{
    NSString* url = @"http://www.......jpg";
    // 以self的downloadImageFromURL:方法作為執行體，建立NSOperation
    NSInvocationOperation* operation = [[NSInvocationOperation alloc]
        initWithTarget:self selector:@selector(downloadImageFromURL:)
        object:url];
    // 將NSOperation新增給NSOperationQueue
    [queue addOperation:operation];
}

// 定義一個方法作為執行緒執行體。
-(void)downloadImageFromURL:(NSString *) url
{
    // 從網路獲取資料
    NSData *data = [[NSData alloc]
        initWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:url]];
    // 將網路資料初始化為UIImage物件
    UIImage *image = [[UIImage alloc]initWithData:data];
    if(image != nil)
    {
        // 在主執行緒中執行updateUI:方法
        [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:)
            withObject:image waitUntilDone:YES];
    }
    else
    {
        NSLog(@"---下載圖片出現錯誤---");
    }
}
-(void)updateUI:(UIImage*) image
{
    self.iv.image = image;
}

 

4、自定義NSOperation 的子類

建立 NSOperation 的子類，需要重寫一個方法：-(void) main，該方法的方法體將作為 NSOperationQueue 完成的任務

下面自定義一個NSOperation 子類來實現下載圖片的功能

@interface MyDownImageOperation : NSOperation
@property (nonatomic , strong) NSURL* url;
@property (nonatomic , weak) UIImageView* imageView;
- (id)initWithURL:(NSURL*)url imageView:(UIImageView*)iv;
@end

 

@implementation MyDownImageOperation
- (id)initWithURL:(NSURL*)url imageView:(UIImageView*)iv
{
    self = [super init];
    if (self) {
        _imageView = iv;
        _url = url;
    }
    return self;
}
// 重寫main方法，該方法將作為執行緒執行體
- (void)main
{    
    // 從網路獲取資料
    NSData *data = [[NSData alloc]
        initWithContentsOfURL:self.url];
    // 將網路資料初始化為UIImage物件
    UIImage *image = [[UIImage alloc]initWithData:data];
    if(image != nil)
    {
        // 在主執行緒中執行updateUI:方法
        [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:)
            withObject:image waitUntilDone:YES]; // ①
    }
    else
    {
        NSLog(@"---下載圖片出現錯誤---");
    }
}
-(void)updateUI:(UIImage*) image
{
    self.imageView.image = image;
}

 

viewController程式碼：

NSOperationQueue* queue;
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    // 設定該佇列最多支援10條併發執行緒
    queue.maxConcurrentOperationCount = 10;
}
- (IBAction)clicked:(id)sender
{
    // 定義要載入的圖片的URL
    NSURL* url = [NSURL URLWithString:@"http://www.crazyit.org/logo.jpg"];
    // 建立FKDownImageOperation物件
    MyDownImageOperation* operation = [[MyDownImageOperation alloc]
        initWithURL:url imageView:self.iv];
    // 將NSOperation的子類的例項提交給NSOperationQueue
    [queue addOperation:operation];
}