iOS多线程

“iOS中多线程使用并不复杂，关键是如何控制好各个线程的执行顺序、处理好资源竞争问题。”–KenShinCui

1. NSThread

优点

NSThread 比其他两个轻量级

缺点

难控制线程顺序，线程总数也无法控制。需要自己管理线程的生命周期，线程同步。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销．并且可能会导致大量的ｂｕｇ．创建和维护的成本很高（引入少量或中量长期存在的线程，执行重量级的操作，比如：网络操作，数据库操作）

常用API

1)-currentThread// 获取当前线程
2)sleepForTimeInterval // 让当前线程休眠
3)简单的多线程可以直接使用NSObject的扩展方法；
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg：在后台执行一个操作，本质就是重新创建一个线程执行当前方法。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait：在指定的线程上执行一个方法，需要用户创建一个线程对象。
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait：在主线程上执行一个方法（前面已经使用过）。

多个线程按顺序启动，但实际执行未必按顺序加载照片：
1. 因为线程启动后仅仅处于就绪状态，实际是否执行要由CPU根据当前状态调度。(虽然是按顺序启动,并不一定按顺序执行);
2. 每个线程执行时实际网络状况很可能不一致。
可以改变线程的优先级,线程优先级范围为0~1，值越大优先级越高，每个线程的优先级默认为0.5。
改变最后一张图片加载的优先级，这样可以提高它被优先加载的几率，但是它也未必就第一个加载。因为首先其他线程是先启动的，其次网络状况我们没办法修改
Demo:倒计时

2. GCD

Grand Central Dispatch (GCD)是苹果开发的一个多核编程的解决方法。–唐巧

iOS4.0推出GCD，底层是C语言实现的。

优点

串行队列易于控制执行顺序，并发队列更高效
时间以纳秒为单位。

获取队列

串行队列

1）串行队列【一个线程】(先进先执行)serial queues一般用于按顺序同步访问，可创建任意数量的串行队列，各个串行队列之间是并发的。

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("sequence", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

2）运行在主线程的Main queue，通过dispatch_get_main_queue获取。主队列其实就是系统默认的串行队列。

并行队列

1) 并行队列【多个线程】并行队列的执行顺序与其加入队列的顺序相同。

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("concurrency", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

2) 通过dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)获取，由系统创建三个不同优先级的dispatch queue以及后台队列。系统提供的队列如下图所示:

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高优先级全局队列
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0// 默认的全局队列
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2)// 低优先级全局队列
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN// 后台全局队列

基本操作

调度队列: dispatch_async 异步执行, dispatch_sync 同步执行。
控制变量的保留和释放： dispatch_retain和dispatch_release；
暂停/恢复: dispatch_susupend/dispatch_resume
延迟操作dispatch_after;
调度组dispatch_group
分派屏障(dispatch barrier) 在并发队列内部创建一个同步点，运行时，即使有并发的条件和空闲的处理器核心，队列中的其它块也不能运行．没有屏障的可以看做共享（读取）锁．
@synchronize 管理多线程访问，会在参数上加一个互斥锁．　　易用，但当竞争很少时成本很高

3. 操作队列NSOperationQueue

NSOperationQueue VS GCD

不像GCD一样遵循先进先出，相应的支持设置优先级与依赖关系，也就是可以设置执行完A操作后才开始执行B操作。
也不像GCD有串行队列，如果要实现相应的功能，可以通过设置最大并发量为1或者将队列中的操作放入一个工作区中，设置依赖关系从而实现。

优点

可控制线程总数与线程依赖关系，相比于GCD效率更高，并可监听线程完成状态。不需要关心线程管理，数据同步[信号量，互斥锁机制]的事情，可以把精力放在自己需要执行的操作上。

基本API

Cocoa operation 相关的类是 NSOperation(操作，任务) ，NSOperationQueue(分派队列)。

队列

两种类型：主线程的队列与自定义的队列

// 主线程的队列，优先级最高
NSOpeationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue];
// 自定义队列，优先级为NSOperationQualityOfServiceBackground
NSOperationQueue *opQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];

创建操作

NSOperation有两个常用子类用于创建线程操作：NSInvocationOperation和NSBlockOperation，两种方式本质没有区别，但是是后者使用Block形式进行代码组织，使用相对方便。

// m1: NSInvocationOperation
NSInvocationOperation *invocationOp = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(loadImage) object:nil];
// m2:NSBlockOperation
NSBlockOperation *blockOp = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [self loadImage];
}];

添加依赖

添加操作依赖的注意点:
1.一定要在将操作添加到操作队列中之前添加操作依赖
2.不要添加循环依赖

4.锁机制

多个线程并发执行，可能出现同时访问同一资源，造成资源抢夺。
解决方法：

1. NSLock同步锁.

可以通过tryLock方法，此方法会返回一个BOOL型的值，如果为YES说明获取锁成功，否则失败。另外还有一个lockBeforeData:方法指定在某个时间内获取锁，同样返回一个BOOL值，如果在这个时间内加锁成功则返回YES，失败则返回NO。–from cuijiangtao

demo:

_lock = [[NSLock alloc] init];
[_lock lock];
// 关键部分
[_lock unlock];

2. @synchronized代码块

demo:

@synchronized(_myLockObj) {
// 关键部分
}

3. GCD中dispatch_semaphore_t信号量

demo:

_semaphore=dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_semaphore_wait(_semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 关键部分
dispatch_semaphore_signal(_semaphore);//信号通知

小结

GCD在实现例如停止加入queue的block的功能时，要写复杂的代码。
NSOperation iOS2.0推出，推出GCD以后，对底层进行了重写，基于GCD进行封装。可以取消准备执行的操作，操作依赖，设置优先级,
设置最大操作并发数；

最佳实践

苹果在推出更高抽象层级的API时并没有deprecated原先的API ,也就是表明不同的API是有相应的使用场景以及不同的限制。NSThread目前还不是很清楚它独有的使用场景。普通且简单的功能推荐使用GCD,但复杂一点的功能可能GCD就无法胜任了。NSOperationQueue对线程的依赖关系与队列中并发数目的控制等方面更为优秀，推荐使用NSOperationQueue。
r: 万事不离根本，单单会简单的使用多线程还是不够的。还是好好学习并发编程的基础，唯有掌握基础，才有可能真正理解琢磨透解决方案其内在机制。

并发编程

对象是过程的抽象，线程是调度的抽象 – James O Coplien

概述

并发是目的与时机的解耦，改进程序的吞吐量和结构。单线程模式下很多时候都在等待I/O，但并发不总是可以改进性能，因为开启多线程本身在性能上就有开销。并发使用过程中的很多时候的问题根源是对共享数据或资源的使用。接下来会介绍下并发编程中一些常见的基础定义，如互斥，线程饥饿，死锁，活锁与限定资源。

基础定义

限定资源：
比如数据库连接和固定尺寸读／写缓存。
互斥：
每一时刻仅有一个线程访问共享数据或资源
线程饥饿：
一个或一组现场在很长时间内或永久被禁止。比如，总是让执行得快的线程先运行，假如执行得快的线程没完没了，那执行得久的线程就会“挨饿”
死锁：
两个或多个线程互相等待执行结束。每个线程都拥有其他线程需要的资源，得不到其他线程拥有的资源就无法终止。
活锁：
执行次序一致的线程，每个都想要开始执行，但发现其他线程已经“在路上”。由于竞争的缘故，线程会持续起步，但很长时间内都无法如愿，甚至永远无法启动。

基础算法[TODO]

生产者-消费者模型：生产者和消费者之间的队列是一种限定资源。
读者-作者模型：
宴席哲学家:

并发防御原则

单一权责原则(SRP) ：
并发相关代码有自己的开发，修改和调优生命周期；与非并发代码不同有自己要对付的挑战。建议–分离并发相关代码与其他代码。
限制数据作用域：
两个线程修改共享对象的同一字段，可能互相干扰。解决方案之一就是使用synchronized 解决资源抢夺问题建议–谨记数据封装，严格限制对可能被共享的数据的访问。
使用数据复本：
避免共享数据的好办法之一就是一开始避免共享数据。
线程应尽可能独立，不与其他线程共享数据。
建议—尝试将数据分解到可被独立线程操作的独立子集。

小结

并发测试：编写有潜力暴露问题的测试，偶发问题需在不同的编程配置，系统配置和负载条件下频繁执行才更容易捕获，所以应编写可插拔的代码。主要通过硬编码与自动化(使用异动策略，让线程以不同次序执行)装载试错代码。在编写调试过程中，不要同时追踪非线程缺陷和线程缺陷，应在编写并发代码前确保线程之外的代码可工作。
锁：共享资源的读写导致大多数的并发问题，应锁定临界区域，但不要锁定不必锁定的代码。也要避免在锁定区域调用其他锁定区域带阿妹。尽可能减少锁定区域范围(临界区)。毕竟锁也是会带来延迟和额外的开销。

API

操作队列

NSOperationQueue

1) 队列有名字，并且队列有类型(比如通过类方法获取到主线程中的队列则为NSQualityOfServiceUserInteractive优先级是最高的,自己创建的队列默认为NSOperationQualityOfServiceBackground。如果操作对象NSOperation有设置执行类型，则会替换默认的优先级类型)。
2)提供了两个实例方法，用于获取当前线程中的队列以及主线程中的队列。
3)队列中的操作：提供添加操作的接口,支持添加一个操作，block方式添加操作，批量添加操作(此时要考虑是否可以阻塞当前线程执行完这些操作，该功能也开放一个接口实现该功能);也提供属性获取操作数组，操作数目，并且可以设置最大的并发操作数目。
4)队列的状态:队列可以挂起也就是暂停(没有resume属性，我怀疑是通过将suspend属性设为NO就是代表恢复操作执行)，也可以取消所有的操作。

@interface NSOperationQueue : NSObject
- (void)addOperation:(NSOperation *)op;// 添加一个操作
- (void)addOperations:(NSArray<NSOperation *> *)ops waitUntilFinished:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// 添加多个操作，wait为YES表示阻塞当前线程直到ops操作完成。
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// 通过block方式添加操作
@property (readonly, copy) NSArray<__kindof NSOperation *> *operations;// 加入执行中的操作，操作完成会从该数组中移除
@property (readonly) NSUInteger operationCount NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// 操作数目
@property NSInteger maxConcurrentOperationCount;// 最大并发操作数目
@property (getter=isSuspended) BOOL suspended;// 挂起
@property (nullable, copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// 操作队列的名称
@property NSQualityOfService qualityOfService NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);// 队列的优先级

@property (nullable, assign /* actually retain */) dispatch_queue_t underlyingQueue NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);// 

- (void)cancelAllOperations;// 取消所有操作
- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished;// 主线程等待所有操作完成
+ (nullable NSOperationQueue *)currentQueue NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// 实例方法获取当前队列
+ (NSOperationQueue *)mainQueue NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// 实例方法获取主线程中的队列
@end

NSOperation

1) 可以设置依赖也可以移除依赖
2) 设置执行的优先级。
3) 调用cancel可以取消操作，如果操作已经完成，则取消方法没有效果,cancelled为false,操作正在执行，系统不会强制停止执行代码，但会将cancelled设为true；操作在队列中等待，则不会执行该操作，并把cancelled设为true。
4) 操作状态: cancelled是否取消，executing是否正在执行，finished是否执行完毕, ready是否准备好执行。
5) 执行完(finished属性为true时),还可以设置回调completionBlock。
6) 可以通过重写 main 或者 start 方法来定义自己的 operations。原则是重写了start方法则不调用main方法，main方法相比于start方法灵活性低一点，因为执行完main方法则返回操作，而start方法有更多控制权。main的默认实现中是没有做任何工作，通过重写main方法添加操作的任务，不要调用super方法。如果要实现异步操作，则需通过重写start方法自行管理操作状态。

@interface NSOperation
- (void)start;
- (void)main;

@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;// 判断操作是否取消
- (void)cancel;// 取消操作
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;// 判断操作是否正在执行
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;// 判断操作是否执行完毕
@property (readonly, getter=isConcurrent) BOOL concurrent; // To be deprecated; use and override 'asynchronous' below
@property (readonly, getter=isAsynchronous) BOOL asynchronous NS_AVAILABLE(10_8, 7_0);// 判断操作是否是异步执行的
@property (readonly, getter=isReady) BOOL ready;／／ 判断操作是否准备好开始执行，这个属性取决于操作依赖是否设置好
- (void)addDependency:(NSOperation *)op;// 添加依赖
- (void)removeDependency:(NSOperation *)op;// 移除依赖
@property (readonly, copy) NSArray<NSOperation *> *dependencies;// 获取依赖列表
typedef NS_ENUM(NSInteger, NSOperationQueuePriority) {
    NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
    NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
    NSOperationQueuePriorityNormal = 0,
    NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
    NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
};// 优先级列表
@property NSOperationQueuePriority queuePriority;// 设置操作优先级
@property (nullable, copy) void (^completionBlock)(void) NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// finished设为true则会调用这个回调
- (void)waitUntilFinished NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);// 阻塞当前线程，直到操作结束

@property NSQualityOfService qualityOfService NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);

@property (nullable, copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);// 操作的名称
@end

7th,Dec,2015
未完待续今天要早点休息…
1st,June,2016
大体上对于多线程的总结相对完整了.
29th,August,2016
11st,Nov,2016
看了代码整洁之道中第13章关于并发编程的描述，进一步整理下对于并发编程的理解。
9th,March,2017
改善了文章结构与细节，原先是按API引入时间顺序，依次介绍了NSThread,NSOperation,GCD。然后调整为NSThread,GCD,NSOperation。调整成这样的考虑是NSOperation的底层在iOS4.0引入CGD后，基于GCD做了重新的实现。加深对多线程的理解。

参考资料：

iOS开发系列–并行开发其实很容易
 Cocoa深入学习:NSOperationQueue、NSRunLoop和线程安全
 iOS并发开发简要整理（上）
iOS并发开发简要整理（下）
iOS Concurrency: Getting Started with NSOperation and Dispatch Queues
iOS开发之多线程技术——NSOperation篇

秒客网

iOS多线程学习笔记

iOS多线程

1. NSThread

优点

缺点

常用API

2. GCD

优点

获取队列

串行队列

并行队列

基本操作

3. 操作队列NSOperationQueue

NSOperationQueue VS GCD

优点

基本API

队列

创建操作

添加依赖

4.锁机制

1. NSLock同步锁.

2. @synchronized代码块

3. GCD中dispatch_semaphore_t信号量

小结

最佳实践

并发编程

概述

基础定义

基础算法[TODO]

并发防御原则

小结

API

操作队列

NSOperationQueue

NSOperation

参考资料：

相关文章