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NSThead的进阶使用和简单探讨

概述

NSThread类是一个继承于NSObjct类的轻量级类。一个NSThread对象就代表一个线程。它需要管理线程的生命周期、同步、加锁等问题,因此会产生一定的性能开销。 使用NSThread类可以在特定的线程中被调用某个OC方法。当需要执行一个冗长的任务,并且不想让这个任务阻塞应用中的其他部分,尤其为了避免阻塞app的主线程(因为主线程用于处理用户界面展示交互和事件相关的操作),这个时候非常适合使用多线程。线程也可以将一个庞大的任务分为几个较小的任务,从而提高多核计算机的性能。

NSThread类在运行期监听一个线程的语义和NSOperation类是相似的。比如取消一个线程或者决定一个任务执行完后这个线程是否存在。

本文将会从这几个方面开始探讨NSThread

方法属性的介绍

初始化(创建)一个NSThread对象

// 返回一个初始化的NSThread对象
- (instancetype)init
// 返回一个带有多个参数的初始化的NSThread对象
// selector :线程执行的方法,最多只能接收一个参数
// target :selector消息发送的对象
// argument : 传给selector的唯一参数,也可以是nil
- (instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(nullable id)argument );
// iOS 10
- (instancetype)initWithBlock:(void (^)(void))block;
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启动一个线程。

// 开辟一个新的线程,并且使用特殊的选择器Selector作为线程入口,调用完毕后,会马上创建并开启新线程
+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(nullable id)argument;
 // iOS 10
+ (void)detachNewThreadWithBlock:(void (^)(void))block;
// 启动接受者
- (void)start;
// 线程体方法,线程主要入口,start 后执行
// 该方法默认实现了目标(target)和选择器(selector),用于初始化接受者和调用指定目标(target)的方法。如果子类化NSThread,需要重写这个方法并且用它来实现这个线程主体。在这种情况下,是不需要调用super方法的。
// 不应该直接调用这个方法。你应该通过调用启动方法开启一个线程。
- (void)main;
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使用initWithTarget:selector:initWithBlock:detachNewThreadSelector:detachNewThreadWithBlock:创建线程都是异步线程。

停止一个线程

// 阻塞当前线程,直到特定的时间。
+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
// 让线程处于休眠状态,直到经过给定的时间间隔
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 终止当前线程
+ (void)exit;
// 改变接收者的取消状态,来表示它应该终止
- (void)cancel;
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决定线程状态

// 接收者是否存在
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;
// 接收者是否结束执行
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;
// 接收者是否取消
@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;
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主线程相关

// 当前线程是否是主线程
@property (class, readonly) BOOL isMainThread;
// 接受者是否是主线程
@property (readonly) BOOL isMainThread;
// 获取主线程的对象
@property (class, readonly, strong) NSThread *mainThread;
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执行环境

// 这个app是否是多线程
+ (BOOL)isMultiThreaded;
// 返回当前执行线程的线程对象。
@property (class, readonly, strong) NSThread *currentThread;
// 返回一个数组,包括回调堆栈返回的地址
@property (class, readonly, copy) NSArray<NSNumber *> *callStackReturnAddresses ;
// 返回一个数组,包括回调堆栈信号
@property (class, readonly, copy) NSArray<NSString *> *callStackSymbols;
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线程属性相关

// 线程对象的字典
@property (readonly, retain) NSMutableDictionary *threadDictionary;

NSAssertionHandlerKey
// 接收者的名字
@property (nullable, copy) NSString *name;
// 接收者的对象大小,以byte为单位
@property NSUInteger stackSize;
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线程优先级

// 线程开启后是个只读属性
@property NSQualityOfService qualityOfService;
// 返回当前线程的优先级
+ (double)threadPriority;
// 接受者的优先级,已经废弃,使用qualityOfService代替
@property double threadPriority;
// 设置当前线程的优先级。设置线程的优先级(0.0 - 1.0,1.0最高级)
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
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通知

// 未被实现,没有实际意义,保留项
NSDidBecomeSingleThreadedNotification
// 在线程退出前,一个NSThread对象收到到退出消息时会发送这个通知。
NSThreadWillExitNotification
// 当第一个线程启动时会发送这个通知。这个通知最多发送一次。当NSThread第一次发送用`detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:`,`detachNewThreadWithBlock:`,`start`消息时,发送通知。后续调用这些方法是不会发送通知。
NSWillBecomeMultiThreadedNotification
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线程间通信, 在NSObject的分类NSThreadPerformAdditions中的方法(NSThread.h文件中)具有这些特性:

  1. 无论是在主线程还是在子线程中都可执行,并且均会调用主线程的aSelector方法;
  2. 方法是异步的
@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)
// 如果设置wait为YES: 等待当前线程执行完以后,主线程才会执行aSelector方法;
// 如果设置wait为NO:不等待当前线程执行完,就在主线程上执行aSelector方法。
// 如果,当前线程就是主线程,那么aSelector方法会马上执行,wait是YES参数无效。
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array;

// 等于第一个方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的情况。指定了线程中 Runloop 的 Modes =  kCFRunLoopCommonModes。
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

// 在指定线程上操作,因为子线程默认未添加NSRunloop,在线程未添加runloop时,是不会调用选择器中的方法的。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:( NSArray<NSString *> *)array ;
// 等于第一个方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的情况。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait ;

// 隐式创建子线程,在后台创建。并且是个同步线程。
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg ;
@end
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直接给接受者发消息的其他方法。

  1. 协议NSObject中的方法,可在主线程或者子线程执行。因为是在当前线程执行的同步任务,因此会阻塞当前线程。这几个方法等同于直接调用方法。
// 当前线程操作。
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;
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  1. 延迟操作&按照顺序操作

NSRunLoop.h文件中

// 延迟操作
/**************** 	Delayed perform	 ******************/

@interface NSObject (NSDelayedPerforming)
// 异步方法,不会阻塞当前线程,只能在主线程中执行。是把`Selector`加到主队列里,当 `delay`之后执行`Selector`。如果主线程在执行业务,那只能等到执行完所有业务之后才会去执行`Selector`,就算`delay`等于 0。
// 那`delay `从什么时候开始计算呢?从发送`performSelector`消息的时候。就算这时主线程在阻塞也会计算时间,当阻塞结束之后,如果到了`delay`那就执行`Selector`,如果没到就继续 `delay`。
// 只能在主线程中执行,在子线程中不会调到aSelector方法
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray<NSRunLoopMode> *)modes;
// 等于第一个方法中modes是kCFRunLoopCommonModes的情况。指定了线程中 Runloop 的 Modes =  kCFRunLoopCommonModes。
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;
// 在方法未到执行时间之前,取消方法。调用这2个方法当前target执行dealloc之前,以确保不会Crash。
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector object:(nullable id)anArgument;
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget;

@end
// 按照排序顺序执行
@interface NSRunLoop (NSOrderedPerform)
// 按某种顺序order执行方法。参数order越小,优先级越高,执行越早
// selector都是target的方法,argument都是target的参数
// 这2个方法会设置一个定时器去在下个runloop循环的开始时让target执行aSelector消息。 定时器根据modes确认模式。当定时器触发,定时器尝试队列从runloop中拿出消息并执行。
如果run loop 正在运行,并且是指定modes的一种,则是成功的,否则定时器一直等待直到runloop是modes 中的一种。
- (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
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本文介绍大部分的知识点如思维导图:

使用

  1. 创建线程 用initXXX初始化的需要调用start方法来启动线程。而detachXXX初始化方法,直接启动线程。这个2中方式创建的线程都是显式创建线程。
//1. 手动开启,action-target 方式
NSThread * actionTargetThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(add:) object:nil];
[actionTargetThread start];
//2. 手动开启, block方式
NSThread *blockThread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
    NSLog(@"%s",__func__);
}];
[blockThread start];
//3. 创建就启动, action-target方式
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(add2:) toTarget:self withObject:@"detachNewThreadSelector"];
//4. 创建就启动, block 方式
[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    NSLog(@"%s",__func__);
}];
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  1. 线程中通信

2.1 NSThreadPerformAdditions分类方法,异步调用方法 // 无论在子线程还是主线程,都会调用主线程方法。

a. 主线程

    [self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:nil waitUntilDone:YES];
    //[self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
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子线程默认没有开启runloop。需要手动添加,不然选择器方法无法调用。

b. 子线程

使用initWithBlock:方式创建。

//1. 开辟一个子线程
NSThread *subThread1 = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
  // 2.子线程方法中添加runloop
  // 3.实现线程方法
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}];
//1.2. 启动一个子线程
[subThread1 start];
// 2. 在子线程中调用方法
// [self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"22" waitUntilDone:YES];
[self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
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使用initWithTarget:selector:object:创建。

// 1. 开辟一个子线程
NSThread *subThread2 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(startThread) object:nil];
// 1.2 启动一个子线程
[subThread2 start];
// 3. 在子线程中调用方法
// [self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread2 withObject:@"22" waitUntilDone:YES];
[self performSelector:@selector(add:) onThread:subThread1 withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
// 2.子线程方法中添加runloop
- (void)startThread{
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}
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c. 后台线程(隐式创建一个线程)

[self performSelectorInBackground:@selector(add:) withObject:@"arg"];
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2.2 协议NSObject方法 创建是的同步任务。

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    // 直接调用
    [self performSelector:@selector(add:) withObject:@"xxx"];
}];
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2.3 延迟 NSObject分类NSDelayedPerforming方法,添加异步任务,并且是在主线程上执行。

[self performSelector:@selector(add:) withObject:self afterDelay:2];
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2.4 按照顺序操作 NSRunLoop分类NSOrderedPerform中的方法

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    NSRunLoop *currentRunloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    // 记得添加端口。不然无法调用selector方法
    [currentRunloop addPort:[NSPort port] forMode:(NSRunLoopMode)kCFRunLoopCommonModes];
    [currentRunloop performSelector:@selector(add:) target:self argument:@"arg1" order:1 modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
    [currentRunloop performSelector:@selector(add:) target:self argument:@"arg3" order:3 modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];
    [currentRunloop run];
}];
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线程安全

问题:

多个线程可能会同时访问同一块资源。比如多个线程同时访问同一个对象、同一个变量、同一个文件等。当多个线程同时抢夺同一个资源,会引起线程不安全性,可能会造成数据错乱和数据安全问题。

解决:

使用线程同步技术: 可以对可能会被抢夺的资源,在被被竞争的时候加锁。让其保证线程同步状态。而锁具有多种类型:比如读写锁、自旋锁、互斥锁、信号量、条件锁等。在NSThread可能造成资源抢夺情况下,可以使用互斥锁。互斥锁就是多个线程任务按顺序的执行。 如下就使用的情况之一:对需要读写操作的资源,进行加锁操作。

for (NSInteger index = 0 ; index < 100; index ++) {
    @synchronized (self) {
        self.allCount -= 5;
        NSLog(@"%@卖出了车票,还剩%ld",[NSThread currentThread].name,self.allCount);
    }
}
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线程生命周期。

线程的生命周期是:新建 - 就绪 - 运行 - 阻塞 - 死亡。当线程启动后,它不能一直“霸占”着CPU独自运行,所以CPU需要在多条线程之间切换,于是线程状态也就会随之改变。

  1. 新建和就绪状态 显式创建,使用initWithTarget:selector:initWithBlock:创建一个线程,未启动,只有发送start消息才会启动,然后处于就行状态。 使用detachNewThreadWithBlock:detachNewThreadSelector:toTarget:显示创建并立即启动。 还有种创建方式,隐式创建并立即启动:performSelectorInBackground:withObject:

  2. 运行和阻塞状态 如果处于就绪状态的线程获得了CPU资源,开始执行可执行方法的线程执行体(block或者@Selector),则该线程处于运行状态。

当发生如下情况下,线程将会进入阻塞状态:

  • 线程调用sleep方法:sleepUntilDate: sleepForTimeInterval:主动放弃所占用的处理器资源。
  • 线程调用了一个阻塞式IO方法,在该方法返回之前,该线程被阻塞。 线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器正被其他线程锁持有。
  • 线程在等待某个通知(notify)。
  • 程序调用了线程的suspend方法将该线程挂起。不过这个方法容易导致死锁,所以程序应该尽量避免使用该方法。 当前正在执行的线程被阻塞之后,其他线程就可以获得执行的机会了。被阻塞的线程会在合适时候重新进入就绪状态,注意是就绪状态而不是运行状态。也就是 说被阻塞线程的阻塞解除后,必须重新等待线程调度器再次调度它。 针对上面的几种情况,当发生如下特定的情况将可以解除上面的阻塞,让该线程重新进入就绪状态:
  • 调用sleep方法的线程经过了指定时间。
  • 线程调用的阻塞式IO方法已经返回。
  • 线程成功地获得了试图取得同步监视器。
  • 线程正在等待某个通知时,其他线程发出了一个通知。
  • 处于挂起状态的线程被调用了resume恢复方法。
  1. 线程死亡
  • 可执行方法执行完成,线程正常结束。
  • 程序的意外奔溃。
  • 该线程的发送exit消息来结束该线程。
// 1. 创建:New状态
NSThread * actionTargetThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(add:) object:nil];
// 2. 启动:就绪状态
[actionTargetThread start];
// 可执行方法
- (void)add:(id)info{
    // 3. 执行状态
    NSLog(@"%s,info %@",__func__,info);
    // 5. 当前线程休眠
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"after");
    // 4. 程序正常退出
}
// 6. 打取消标签
[actionTargetThread cancel];
// 7. 主动退出
[NSThread exit];
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注意:

  • NSThread 管理多个线程比较困难,所以不太推荐在多线程任务多的情况下使用。
  • 苹果官方推荐使用GCD和NSOperation。
  • [NSTread currentThread] 跟踪任务所在线程,适用于NSTread,NSOperation,和GCD
  • 用NSThread创建的线程,不会自动添加autoreleasepool

参考

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