前言
Pthread，NSThread，GCD和NSOperation是iOS中多線程的四種實(shí)現(xiàn)方案。
一.進(jìn)程和線程
1.進(jìn)程
進(jìn)程是指在操作系統(tǒng)中正在運(yùn)行的一個(gè)程序。每個(gè)進(jìn)程之間是獨(dú)立的，每個(gè)進(jìn)程均運(yùn)行在其專用且受保護(hù)的內(nèi)存空間內(nèi)。
2.線程
一個(gè)進(jìn)程要想執(zhí)行任務(wù)，必須得有線程（每1個(gè)進(jìn)程至少要有1條線程）
線程是進(jìn)程的基本執(zhí)行單元，一個(gè)進(jìn)程（程序）的所有任務(wù)都在線程中執(zhí)行
2.多線程的原理
同一時(shí)間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執(zhí)行）
多線程并發(fā)（同時(shí)）執(zhí)行，其實(shí)是CPU快速地在多條線程之間調(diào)度（切換）
多線程是為了同步完成多項(xiàng)任務(wù)，不是為了提高運(yùn)行效率，而是為了提高資源使用效率來(lái)提高系統(tǒng)的效率。線程是在同一時(shí)間需要完成多項(xiàng)任務(wù)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的。
多線程（multithreading），是指從軟件或者硬件上實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行的技術(shù)。具有多線程能力的計(jì)算機(jī)因有硬件支持而能夠在同一時(shí)間執(zhí)行多于一個(gè)線程，進(jìn)而提升整體處理性能。
原理：
同一時(shí)間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執(zhí)行）
多線程并發(fā)（同時(shí)）執(zhí)行，其實(shí)是CPU快速地在多條線程之間調(diào)度（切換）
如果CPU調(diào)度線程的時(shí)間足夠快，就造成了多線程并發(fā)執(zhí)行的假象
注意：多線程并發(fā)，并不是cpu在同一時(shí)刻同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，只是CPU調(diào)度足夠快，造成的假象。
優(yōu)點(diǎn)：
能適當(dāng)提高程序的執(zhí)行效率
能適當(dāng)提高資源利用率（CPU、內(nèi)存利用率）
缺點(diǎn)：
1.開(kāi)啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間（默認(rèn)情況下，主線程占用1M，子線程占用512KB），如果開(kāi)啟大量的線程，會(huì)占用大量的內(nèi)存空間，降低程序的性能
2.線程越多，CPU在調(diào)度線程上的開(kāi)銷就越大
如果CPU調(diào)度線程的時(shí)間足夠快，就造成了多線程并發(fā)執(zhí)行的假象
思考：如果線程非常非常多，會(huì)發(fā)生什么情況？
CPU會(huì)在N多線程之間調(diào)度，CPU會(huì)累死，消耗大量的CPU資源
每條線程被調(diào)度執(zhí)行的頻次會(huì)降低（線程的執(zhí)行效率降低）
3.多線程的優(yōu)缺點(diǎn)
多線程的優(yōu)點(diǎn)
能適當(dāng)提高程序的執(zhí)行效率
能適當(dāng)提高資源利用率（CPU、內(nèi)存利用率）
多線程的缺點(diǎn)
開(kāi)啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間（默認(rèn)情況下，主線程占用1M，子線程占用512KB），如果開(kāi)啟大量的線程，會(huì)占用大量的內(nèi)存空間，降低程序的性能
線程越多，CPU在調(diào)度線程上的開(kāi)銷就越大
程序設(shè)計(jì)更加復(fù)雜：比如線程之間的通信、多線程的數(shù)據(jù)共享
4.多線程在iOS開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用
主線程:一個(gè)iOS程序運(yùn)行后，默認(rèn)會(huì)開(kāi)啟1條線程，稱為“主線程”或“UI線程”
主線程的主要作用
顯示\刷新UI界面
處理UI事件（比如點(diǎn)擊事件、滾動(dòng)事件、拖拽事件等）
主線程的使用注意:別將比較耗時(shí)的操作放到主線程中。
耗時(shí)操作會(huì)卡住主線程，嚴(yán)重影響UI的流暢度，給用戶一種“卡”的壞體驗(yàn)
NSThread創(chuàng)建線程
NSOperation和NSOperationQueue的基本使用
創(chuàng)建任務(wù)
創(chuàng)建隊(duì)列
將任務(wù)加入到隊(duì)列中
控制串行執(zhí)行和并行執(zhí)行的關(guān)鍵
操作依賴
其它方法
一、創(chuàng)建和啟動(dòng)線程
一個(gè)NSThread對(duì)象就代表一條線程
創(chuàng)建、啟動(dòng)線程
(1) NSThread *thread = [NSThread detachNewThreadSelector:self selector:@selector(run) object:nil];
//?線程一啟動(dòng)，就會(huì)在線程thread中執(zhí)行self的run方法
主線程相關(guān)用法
+ (NSThread?*)mainThread;
- (BOOL)isMainThread;
其它用法
獲得當(dāng)前線程
NSThread?*current = [NSThread?currentThread];
線程的調(diào)度優(yōu)先級(jí)：調(diào)度優(yōu)先級(jí)的取值范圍是0.0 ~ 1.0，默認(rèn)0.5，值越大，優(yōu)先級(jí)越高
+ (double)threadPriority;
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
設(shè)置線程的名字
- (void)setName:(NSString?*)n;
- (NSString?*)name;
其它創(chuàng)建線程的方式
(2)創(chuàng)建線程后自動(dòng)啟動(dòng)線程[NSThread?detachNewThreadSelector:@selector(run)?toTarget:self?withObject:nil];
(3)隱式創(chuàng)建并啟動(dòng)線程[self?performSelectorInBackground:@selector(run)?withObject:nil];
上述兩種創(chuàng)建線程方式的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單快捷
缺點(diǎn)：無(wú)法對(duì)線程進(jìn)行更詳細(xì)的設(shè)置
?NSOperation簡(jiǎn)介
NSOperation是蘋(píng)果提供給我們的一套多線程解決方案。實(shí)際上NSOperation是基于GCD更高一層的封裝，比GCD更簡(jiǎn)單易用、代碼可讀性更高。
NSOperation需要配合NSOperationQueue來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程。因?yàn)槟J(rèn)情況下，NSOperation單獨(dú)使用時(shí)系統(tǒng)同步執(zhí)行操作，并沒(méi)有開(kāi)辟新線程的能力，只有配合NSOperationQueue才能實(shí)現(xiàn)異步執(zhí)行。
因?yàn)镹SOperation是基于GCD的，那么使用起來(lái)也和GCD差不多，其中，NSOperation相當(dāng)于GCD中的任務(wù)，而NSOperationQueue則相當(dāng)于GCD中的隊(duì)列。NSOperation實(shí)現(xiàn)多線程的使用步驟分為以下三步：
創(chuàng)建任務(wù)：先將需要執(zhí)行的操作封裝到一個(gè)NSOperation對(duì)象中。
創(chuàng)建隊(duì)列：創(chuàng)建NSOperationQueue對(duì)象。
將任務(wù)加入到隊(duì)列中：然后將NSOperation對(duì)象添加到NSOperationQueue中。
然后呢，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將NSOperationQueue中的NSOperation取出來(lái)，在新線程中執(zhí)行操作。
下面我們來(lái)學(xué)習(xí)下NSOperation和NSOperationQueue的基本使用。
2.NSOperation和NSOperationQueue的基本使用
1. 創(chuàng)建任務(wù)
NSOperation是個(gè)抽象類，并不能封裝任務(wù)。我們只有使用它的子類來(lái)封裝任務(wù)。我們有三種方式來(lái)封裝任務(wù)。
使用子類NSInvocationOperation
使用子類NSBlockOperation
定義繼承自NSOperation的子類，通過(guò)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部相應(yīng)的方法來(lái)封裝任務(wù)。
在不使用NSOperationQueue，單獨(dú)使用NSOperation的情況下系統(tǒng)同步執(zhí)行操作，下面我們學(xué)習(xí)以下任務(wù)的三種創(chuàng)建方式。
線程安全：
一、多線程的安全隱患
資源共享
1塊資源可能會(huì)被多個(gè)線程共享，也就是多個(gè)線程可能會(huì)訪問(wèn)同一塊資源
比如多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象、同一個(gè)變量、同一個(gè)文件
當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)同一塊資源時(shí)，很容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯(cuò)亂和數(shù)據(jù)安全問(wèn)題
三、問(wèn)題解決
互斥鎖使用格式
@synchronized(鎖對(duì)象)?{ 需要鎖定的代碼}
注意：鎖定一份代碼只用一把鎖，用多把鎖是無(wú)效的
互斥鎖的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：能有效防止因多線程搶奪資源造成的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題
缺點(diǎn)：需要消耗大量的CPU資源
互斥鎖的使用前提：多條線程搶奪同一塊資源
相關(guān)專業(yè)術(shù)語(yǔ)：線程同步,多條線程按順序地執(zhí)行任務(wù)
互斥鎖，就是使用了線程同步技術(shù)
四：原子和非原子屬性
OC在定義屬性時(shí)有nonatomic和atomic兩種選擇
atomic：原子屬性，為setter方法加鎖（默認(rèn)就是atomic）
nonatomic：非原子屬性，不會(huì)為setter方法加鎖
atomic加鎖原理
原子和非原子屬性的選擇
nonatomic和atomic對(duì)比
atomic：線程安全，需要消耗大量的資源
nonatomic：非線程安全，適合內(nèi)存小的移動(dòng)設(shè)備
iOS開(kāi)發(fā)的建議
所有屬性都聲明為nonatomic
盡量避免多線程搶奪同一塊資源
盡量將加鎖、資源搶奪的業(yè)務(wù)邏輯交給服務(wù)器端處理，減小移動(dòng)客戶端的壓力
線程間的通信
一、簡(jiǎn)單說(shuō)明
線程間通信：在1個(gè)進(jìn)程中，線程往往不是孤立存在的，多個(gè)線程之間需要經(jīng)常進(jìn)行通信
線程間通信的體現(xiàn)
一個(gè)線程傳遞數(shù)據(jù)給其它線程
在1個(gè)線程中執(zhí)行完特定任務(wù)后，轉(zhuǎn)到另1個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)
線程間通信常用方法
-?(void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector?withObject:(id)arg?waitUntilDone:(BOOL)wait;
-?(void)performSelector:(SEL)aSelector?onThread:(NSThread?*)thr?withObject:(id)arg?waitUntilDone:(BOOL)wait;
NSOperation的使用
一、NSOperation簡(jiǎn)介
1.簡(jiǎn)單說(shuō)明
NSOperation的作?：配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能實(shí)現(xiàn)多線程編程
NSOperation和NSOperationQueue實(shí)現(xiàn)多線程的具體步驟：
（1）先將需要執(zhí)行的操作封裝到一個(gè)NSOperation對(duì)象中
（2）然后將NSOperation對(duì)象添加到NSOperationQueue中
（3）系統(tǒng)會(huì)?動(dòng)將NSOperationQueue中的NSOperation取出來(lái)
（4）將取出的NSOperation封裝的操作放到?條新線程中執(zhí)?
2.NSOperation的子類
NSOperation是個(gè)抽象類,并不具備封裝操作的能力,需要使?它的子類NSBlockOperation和NSInvocationOperation
使用NSOperation?類的方式有3種：
（1）NSInvocationOperation
（2）NSBlockOperation
（3）自定義子類繼承NSOperation,實(shí)現(xiàn)內(nèi)部相應(yīng)的?法
二、 具體說(shuō)明
1.NSInvocationOperation子類
創(chuàng)建對(duì)象和執(zhí)行操作：
注意：操作對(duì)象默認(rèn)在主線程中執(zhí)行，只有添加到隊(duì)列中才會(huì)開(kāi)啟新的線程。即默認(rèn)情況下，如果操作沒(méi)有放到隊(duì)列中queue中，都是同步執(zhí)行。只有將NSOperation放到一個(gè)NSOperationQueue中,才會(huì)異步執(zhí)行操作
2.NSBlockOperation子類
創(chuàng)建對(duì)象和添加操作：
注意:只要NSBlockOperation封裝的操作數(shù) > 1,就會(huì)異步執(zhí)行操作
3.NSOperationQueue
NSOperationQueue的作?：NSOperation可以調(diào)?start?法來(lái)執(zhí)?任務(wù),但默認(rèn)是同步執(zhí)行的
如果將NSOperation添加到NSOperationQueue(操作隊(duì)列)中,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)異步執(zhí)行NSOperation中的操作
添加操作到NSOperationQueue中，自動(dòng)執(zhí)行操作，自動(dòng)開(kāi)啟線程
- (void)addOperation:(NSOperation *)op;
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
注意：系統(tǒng)自動(dòng)將NSOperationqueue中的NSOperation對(duì)象取出，將其封裝的操作放到一條新的線程中執(zhí)行。
提示：隊(duì)列的取出是有順序的，與打印結(jié)果并不矛盾。
NSOperation的基本操作
一、并發(fā)數(shù)
（1）并發(fā)數(shù):同時(shí)執(zhí)?行的任務(wù)數(shù).比如,同時(shí)開(kāi)一個(gè)線程執(zhí)行三個(gè)任務(wù),線程的并發(fā)數(shù)量是三
（2）最大并發(fā)數(shù)：同一時(shí)間最多只能執(zhí)行的任務(wù)的個(gè)數(shù)。
（3）最?大并發(fā)數(shù)的相關(guān)?方法
- (NSInteger)maxConcurrentOperationCount;
- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;
?Note：如果沒(méi)有設(shè)置最大并發(fā)數(shù)，那么并發(fā)的個(gè)數(shù)是由系統(tǒng)內(nèi)存和CPU決定的，可能內(nèi)存多久開(kāi)多一點(diǎn)，內(nèi)存少就開(kāi)少一點(diǎn)。
Note：num的值并不代表線程的個(gè)數(shù)，僅僅代表線程的ID。
提示：最大并發(fā)數(shù)不要亂寫(xiě)（5以內(nèi)），不要開(kāi)太多，一般以2~3為宜，因?yàn)殡m然任務(wù)是在子線程進(jìn)行處理的，但是cpu處理這些過(guò)多的子線程可能會(huì)影響UI，讓UI卡頓。
二、隊(duì)列的取消，暫停和恢復(fù)
（1）取消隊(duì)列的所有操作
- (void)cancelAllOperations;
提?:也可以調(diào)用NSOperation的- (void)cancel?法取消單個(gè)操作
（2）暫停和恢復(fù)隊(duì)列
- (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暫停隊(duì)列,NO代表恢復(fù)隊(duì)列
- (BOOL)isSuspended; //當(dāng)前狀態(tài)
（3）暫停和恢復(fù)的適用場(chǎng)合：在tableview界面，開(kāi)線程下載遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)界面，對(duì)UI會(huì)有影響，使用戶體驗(yàn)變差。那么這種情況，就可以設(shè)置在用戶操作UI（如滾動(dòng)屏幕）的時(shí)候，暫停隊(duì)列（不是取消隊(duì)列），停止?jié)L動(dòng)的時(shí)候，恢復(fù)隊(duì)列。
三、操作優(yōu)先級(jí)
（1）設(shè)置NSOperation在queue中的優(yōu)先級(jí),可以改變操作的執(zhí)?優(yōu)先級(jí)
- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;
- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;
（2）優(yōu)先級(jí)的取值
NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
NSOperationQueuePriorityNormal = 0,
NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
說(shuō)明：優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)，調(diào)用的幾率會(huì)更大。
四、操作依賴
（1）NSOperation之間可以設(shè)置依賴來(lái)保證執(zhí)行順序，?如一定要讓操作A執(zhí)行完后,才能執(zhí)行操作B,可以像下面這么寫(xiě)
[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依賴于操作
（2）可以在不同queue的NSOperation之間創(chuàng)建依賴關(guān)系
注意：不能循環(huán)依賴（不能A依賴于B，B又依賴于A）。
A做完再做B，B做完才做C。
注意：一定要在添加之前，進(jìn)行設(shè)置。
提示：任務(wù)添加的順序并不能夠決定執(zhí)行順序，執(zhí)行的順序取決于依賴。使用Operation的目的就是為了讓開(kāi)發(fā)人員不再關(guān)心線程。
5.操作的監(jiān)聽(tīng)
可以監(jiān)聽(tīng)一個(gè)操作的執(zhí)行完畢
- (void (^)(void))completionBlock;
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;
代碼示例
第一種方式：可以直接跟在任務(wù)后面編寫(xiě)需要完成的操作，如這里在下載圖片后，然后下載第二張圖片。但是這種寫(xiě)法有的時(shí)候把兩個(gè)不相關(guān)的操作寫(xiě)到了一個(gè)代碼塊中，代碼的可閱讀性不強(qiáng)。
2. 創(chuàng)建隊(duì)列
和GCD中的并發(fā)隊(duì)列、串行隊(duì)列略有不同的是：NSOperationQueue一共有兩種隊(duì)列：主隊(duì)列、其他隊(duì)列。其中其他隊(duì)列同時(shí)包含了串行、并發(fā)功能。下邊是主隊(duì)列、其他隊(duì)列的基本創(chuàng)建方法和特點(diǎn)。
主隊(duì)列
只要是添加到主隊(duì)列中的任務(wù)（NSOperation），都會(huì)放到主線程中執(zhí)行
其它隊(duì)列
添加到這種隊(duì)列中的任務(wù)（NSOperation），就會(huì)自動(dòng)放到子線程中執(zhí)行
同時(shí)包含了：串行、并發(fā)功能NSOperationQueue *queue =[[NSOperationQueue alloc] init];
將任務(wù)加入到隊(duì)列中
前邊說(shuō)了，NSOperation需要配合NSOperationQueue來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程。
那么我們需要將創(chuàng)建好的任務(wù)加入到隊(duì)列中去?？偣灿袃煞N方法
- (void)addOperation:(NSOperation *)op;
需要先創(chuàng)建任務(wù)，再將創(chuàng)建好的任務(wù)加入到創(chuàng)建好的隊(duì)列中
可以看出：NSInvocationOperation和NSOperationQueue結(jié)合后能夠開(kāi)啟新線程，進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行NSBlockOperation和NSOperationQueue也能夠開(kāi)啟新線程，進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行。
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
無(wú)需先創(chuàng)建任務(wù)，在block中添加任務(wù)，直接將任務(wù)block加入到隊(duì)列中。
可以看出addOperationWithBlock:和NSOperationQueue能夠開(kāi)啟新線程，進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行。
3. 控制串行執(zhí)行和并行執(zhí)行的關(guān)鍵
之前我們說(shuō)過(guò)，NSOperationQueue創(chuàng)建的其他隊(duì)列同時(shí)具有串行、并發(fā)功能，上邊我們演示了并發(fā)功能，則他的串行功能是如何實(shí)現(xiàn)的？
這里有個(gè)關(guān)鍵參數(shù)maxConcurrentOperationCount，叫做最大并發(fā)數(shù)。
最大并發(fā)數(shù)：maxConcurrentOperationCount
maxConcurrentOperationCount默認(rèn)情況下為-1，表示不進(jìn)行限制，默認(rèn)為并發(fā)執(zhí)行。
當(dāng)maxConcurrentOperationCount為1時(shí)，進(jìn)行串行執(zhí)行。
當(dāng)maxConcurrentOperationCount大于1時(shí)，進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行，當(dāng)然這個(gè)值不應(yīng)超過(guò)系統(tǒng)限制，即使自己設(shè)置一個(gè)很大的值，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)調(diào)整。
可以看出：當(dāng)最大并發(fā)數(shù)為1時(shí)，任務(wù)是按順序串行執(zhí)行的。當(dāng)最大并發(fā)數(shù)為2時(shí)，任務(wù)是并發(fā)執(zhí)行的。而且開(kāi)啟線程數(shù)量是由系統(tǒng)決定的，不需要程序員管理。
4. 操作依賴
NSOperation和NSOperationQueue最吸引人的地方是它能添加操作之間的依賴關(guān)系。例如有blockOperation和blockOperationed兩個(gè)操作，其中blockOperation執(zhí)行完操作，blockOperationed才能執(zhí)行操作，那么就需要讓blockOperationed依賴于blockOperation。具體如下：
5. 其它方法
- (void)cancel;NSOperation提供的方法，可取消單個(gè)操作
- (void)cancelAllOperations;NSOperationQueue提供的方法，可以取消隊(duì)列的所有操作
- (void)setSuspended:(BOOL)b;可設(shè)置任務(wù)的暫停和恢復(fù)，YES代表暫停隊(duì)列，NO代表恢復(fù)隊(duì)列
- (BOOL)isSuspended;判斷暫停狀態(tài)
Note：
這里的暫停和取消并不代表可以將當(dāng)前的操作立即取消，而是當(dāng)當(dāng)前的操作執(zhí)行完畢之后不再執(zhí)行新的操作。
暫停和取消的區(qū)別就在于：暫停操作之后還可以恢復(fù)操作，繼續(xù)向下執(zhí)行；而取消操作之后，所有的操作就清空了，無(wú)法再接著執(zhí)行剩下的操作。
iOS GCD實(shí)現(xiàn)最大并發(fā)數(shù)
作iOS開(kāi)發(fā)時(shí)，使用GCD控制同一條線程中的最大并發(fā)數(shù)，不可能是一直往同一條線程中添加任務(wù)。這個(gè)時(shí)候就用到的GCD中的信號(hào)量控制機(jī)制－－dispatch_semaphore_create。
創(chuàng)建信號(hào)量的方式:
(1)dispatch_semaphore_creat SignalCount = dispatch_semaphore_creat(10).
這個(gè)地方后面的這個(gè)10，是一個(gè)整數(shù)，可以是1，2，3，。。。表示在信號(hào)等待的時(shí)候，下一次收到的的信號(hào)量，說(shuō)白了，就是這個(gè)數(shù)字控制的最大并發(fā)數(shù)。
(2)dispatch_semaphore_signal( ),這是一句表示信號(hào)通知。表示在信號(hào)等待的時(shí)候，收到的下一個(gè)信號(hào)量。一般是一個(gè)“信號(hào)量對(duì)象”。
(3)dispatch_semaphore_wait(參數(shù)一，參數(shù)二 )，這一句表示信號(hào)等待。
一般參數(shù)一會(huì)放一個(gè)信號(hào)對(duì)象，就是我們建立的那個(gè)，如果這個(gè)對(duì)列的信號(hào)量小于0的時(shí)候，就會(huì)一直等待下去。
參數(shù)二的值一般是 DISPATCH_TIME_FOREVER 和 DISPATCH_TIME_NOW
