iOS多线程：『pthread、NSThread』详尽总结
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本文用來(lái)介紹 iOS 多線程中，pthread、NSThread?的使用方法及實(shí)現(xiàn)。
第一部分：pthread 的使用、其他相關(guān)方法。
第二部分：NSThread 的使用、線程相關(guān)用法、線程狀態(tài)控制方法、線程之間的通信、線程安全和線程同步，以及線程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換相關(guān)知識(shí)。
文中 Demo 我已放在了 Github 上，Demo 鏈接：傳送門
1. pthread
1.1 pthread 簡(jiǎn)介
pthread 是一套通用的多線程的 API，可以在Unix / Linux / Windows 等系統(tǒng)跨平臺(tái)使用，使用 C 語(yǔ)言編寫，需要程序員自己管理線程的生命周期，使用難度較大，我們?cè)?iOS 開(kāi)發(fā)中幾乎不使用 pthread，但是還是來(lái)可以了解一下的。
引自?百度百科
POSIX 線程（POSIX threads），簡(jiǎn)稱 Pthreads，是線程的 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了創(chuàng)建和操縱線程的一整套 API。在類Unix操作系統(tǒng)（Unix、Linux、Mac OS X等）中，都使用 Pthreads 作為操作系統(tǒng)的線程。Windows 操作系統(tǒng)也有其移植版 pthreads-win32。
引自?維基百科
POSIX 線程（英語(yǔ)：POSIX Threads，常被縮寫 為 Pthreads）是 POSIX 的線程標(biāo)準(zhǔn)，定義了創(chuàng)建和操縱線程的一套 API。
實(shí)現(xiàn) POSIX 線程標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)常被稱作 Pthreads，一般用于 Unix-like POSIX 系統(tǒng)，如 Linux、Solaris。但是 Microsoft Windows 上的實(shí)現(xiàn)也存在，例如直接使用 Windows API 實(shí)現(xiàn)的第三方庫(kù) pthreads-w32；而利用 Windows 的 SFU/SUA 子系統(tǒng)，則可以使用微軟提供的一部分原生 POSIX API。
1.2 pthread 使用方法
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | // 1. 創(chuàng)建線程: 定義一個(gè)pthread_t類型變量 pthread_t thread; // 2. 開(kāi)啟線程: 執(zhí)行任務(wù) pthread_create(&thread, NULL, run, NULL); // 3. 設(shè)置子線程的狀態(tài)設(shè)置為 detached，該線程運(yùn)行結(jié)束后會(huì)自動(dòng)釋放所有資源 pthread_detach(thread);void * run(void *param) // 新線程調(diào)用方法，里邊為需要執(zhí)行的任務(wù) { NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);return NULL; } |
- pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);?中各項(xiàng)參數(shù)含義：
- 第一個(gè)參數(shù)&thread是線程對(duì)象，指向線程標(biāo)識(shí)符的指針
- 第二個(gè)是線程屬性，可賦值NULL
- 第三個(gè)run表示指向函數(shù)的指針(run對(duì)應(yīng)函數(shù)里是需要在新線程中執(zhí)行的任務(wù))
- 第四個(gè)是運(yùn)行函數(shù)的參數(shù)，可賦值NULL
1.3 pthread 其他相關(guān)方法
- pthread_create()?創(chuàng)建一個(gè)線程
- pthread_exit()?終止當(dāng)前線程
- pthread_cancel()?中斷另外一個(gè)線程的運(yùn)行
- pthread_join()?阻塞當(dāng)前的線程，直到另外一個(gè)線程運(yùn)行結(jié)束
- pthread_attr_init()?初始化線程的屬性
- pthread_attr_setdetachstate()?設(shè)置脫離狀態(tài)的屬性（決定這個(gè)線程在終止時(shí)是否可以被結(jié)合）
- pthread_attr_getdetachstate()?獲取脫離狀態(tài)的屬性
- pthread_attr_destroy()?刪除線程的屬性
- pthread_kill()?向線程發(fā)送一個(gè)信號(hào)
2. NSThread
NSThread 是蘋果官方提供的，使用起來(lái)比 pthread 更加面向?qū)ο?#xff0c;簡(jiǎn)單易用，可以直接操作線程對(duì)象。不過(guò)也需要需要程序員自己管理線程的生命周期(主要是創(chuàng)建)，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)的過(guò)程中偶爾使用 NSThread。比如我們會(huì)經(jīng)常調(diào)用[NSThread currentThread]來(lái)顯示當(dāng)前的進(jìn)程信息。
下邊我們說(shuō)說(shuō) NSThread 如何使用。
2.1 創(chuàng)建、啟動(dòng)線程
- 先創(chuàng)建線程，再啟動(dòng)線程
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | // 1. 創(chuàng)建線程 NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil]; // 2. 啟動(dòng)線程 [thread start]; // 線程一啟動(dòng)，就會(huì)在線程thread中執(zhí)行self的run方法// 新線程調(diào)用方法，里邊為需要執(zhí)行的任務(wù) - (void)run { NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); } |
- 創(chuàng)建線程后自動(dòng)啟動(dòng)線程
| 1 2 3 4 5 6 7 | // 1. 創(chuàng)建線程后自動(dòng)啟動(dòng)線程 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];// 新線程調(diào)用方法，里邊為需要執(zhí)行的任務(wù) - (void)run { NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); } |
- 隱式創(chuàng)建并啟動(dòng)線程
| 1 2 3 4 5 6 7 | // 1. 隱式創(chuàng)建并啟動(dòng)線程 [self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];// 新線程調(diào)用方法，里邊為需要執(zhí)行的任務(wù) - (void)run { NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); } |
2.2 線程相關(guān)用法
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | // 獲得主線程 + (NSThread *)mainThread;// 判斷是否為主線程(對(duì)象方法) - (BOOL)isMainThread;// 判斷是否為主線程(類方法) + (BOOL)isMainThread;// 獲得當(dāng)前線程 NSThread *current = [NSThread currentThread];// 線程的名字——setter方法 - (void)setName:(NSString *)n;// 線程的名字——getter方法 - (NSString *)name; |
2.3 線程狀態(tài)控制方法
- 啟動(dòng)線程方法
| 1 2 | - (void)start; // 線程進(jìn)入就緒狀態(tài) -> 運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)線程任務(wù)執(zhí)行完畢，自動(dòng)進(jìn)入死亡狀態(tài) |
- 阻塞（暫停）線!程方法
| 1 2 3 | + (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date; + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti; // 線程進(jìn)入阻塞狀態(tài) |
- 強(qiáng)制停止線程
| 1 2 | + (void)exit; // 線程進(jìn)入死亡狀態(tài) |
2.4 線程之間的通信
在開(kāi)發(fā)中，我們經(jīng)常會(huì)在子線程進(jìn)行耗時(shí)操作，操作結(jié)束后再回到主線程去刷新 UI。這就涉及到了子線程和主線程之間的通信。我們先來(lái)了解一下官方關(guān)于 NSThread 的線程間通信的方法。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | // 在主線程上執(zhí)行操作 - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray<NSString *> *)array; // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes// 在指定線程上執(zhí)行操作 - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);// 在當(dāng)前線程上執(zhí)行操作，調(diào)用 NSObject 的 performSelector:相關(guān)方法 - (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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下面通過(guò)一個(gè)經(jīng)典的下載圖片 DEMO 來(lái)展示線程之間的通信。具體步驟如下：
DEMO 代碼如下：
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2.5 NSThread 線程安全和線程同步
線程安全：如果你的代碼所在的進(jìn)程中有多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行，而這些線程可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行這段代碼。如果每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，就是線程安全的。
若每個(gè)線程中對(duì)全局變量、靜態(tài)變量只有讀操作，而無(wú)寫操作，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)全局變量是線程安全的；若有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行寫操作（更改變量），一般都需要考慮線程同步，否則的話就可能影響線程安全。
線程同步：可理解為線程 A 和 線程 B 一塊配合，A 執(zhí)行到一定程度時(shí)要依靠線程 B 的某個(gè)結(jié)果，于是停下來(lái)，示意 B 運(yùn)行；B 依言執(zhí)行，再將結(jié)果給 A；A 再繼續(xù)操作。
舉個(gè)簡(jiǎn)單例子就是：兩個(gè)人在一起聊天。兩個(gè)人不能同時(shí)說(shuō)話，避免聽(tīng)不清(操作沖突)。等一個(gè)人說(shuō)完(一個(gè)線程結(jié)束操作)，另一個(gè)再說(shuō)(另一個(gè)線程再開(kāi)始操作)。
下面，我們模擬火車票售賣的方式，實(shí)現(xiàn) NSThread 線程安全和解決線程同步問(wèn)題。
場(chǎng)景：總共有50張火車票，有兩個(gè)售賣火車票的窗口，一個(gè)是北京火車票售賣窗口，另一個(gè)是上海火車票售賣窗口。兩個(gè)窗口同時(shí)售賣火車票，賣完為止。
2.5.1 NSThread 非線程安全
先來(lái)看看不考慮線程安全的代碼：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 | /** * 初始化火車票數(shù)量、賣票窗口(非線程安全)、并開(kāi)始賣票 */ - (void)initTicketStatusNotSave { // 1. 設(shè)置剩余火車票為 50 self.ticketSurplusCount = 50;// 2. 設(shè)置北京火車票售賣窗口的線程 self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil]; self.ticketSaleWindow1.name = @"北京火車票售票窗口";// 3. 設(shè)置上海火車票售賣窗口的線程 self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil]; self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火車票售票窗口";// 4. 開(kāi)始售賣火車票 [self.ticketSaleWindow1 start]; [self.ticketSaleWindow2 start];}/** * 售賣火車票(非線程安全) */ - (void)saleTicketNotSafe { while (1) { //如果還有票，繼續(xù)售賣 if (self.ticketSurplusCount > 0) { self.ticketSurplusCount --; NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票數(shù)：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]); [NSThread sleepForTimeInterval:0.2]; } //如果已賣完，關(guān)閉售票窗口 else { NSLog(@"所有火車票均已售完"); break; } } } |
運(yùn)行后部分結(jié)果為：
可以看到在不考慮線程安全的情況下，得到票數(shù)是錯(cuò)亂的，這樣顯然不符合我們的需求，所以我們需要考慮線程安全問(wèn)題。
2.5.2 NSThread 線程安全
線程安全解決方案：可以給線程加鎖，在一個(gè)線程執(zhí)行該操作的時(shí)候，不允許其他線程進(jìn)行操作。iOS 實(shí)現(xiàn)線程加鎖有很多種方式。@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/ge等等各種方式。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這里不對(duì)各種鎖的解決方案和性能做分析，只用最簡(jiǎn)單的@synchronized來(lái)保證線程安全，從而解決線程同步問(wèn)題。
考慮線程安全的代碼：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 | /** * 初始化火車票數(shù)量、賣票窗口(線程安全)、并開(kāi)始賣票 */ - (void)initTicketStatusSave { // 1. 設(shè)置剩余火車票為 50 self.ticketSurplusCount = 50;// 2. 設(shè)置北京火車票售賣窗口的線程 self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketSafe) object:nil]; self.ticketSaleWindow1.name = @"北京火車票售票窗口";// 3. 設(shè)置上海火車票售賣窗口的線程 self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketSafe) object:nil]; self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火車票售票窗口";// 4. 開(kāi)始售賣火車票 [self.ticketSaleWindow1 start]; [self.ticketSaleWindow2 start];}/** * 售賣火車票(線程安全) */ - (void)saleTicketSafe { while (1) { // 互斥鎖 @synchronized (self) { //如果還有票，繼續(xù)售賣 if (self.ticketSurplusCount > 0) { self.ticketSurplusCount --; NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票數(shù)：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]); [NSThread sleepForTimeInterval:0.2]; } //如果已賣完，關(guān)閉售票窗口 else { NSLog(@"所有火車票均已售完"); break; } } } } |
運(yùn)行后結(jié)果為：
省略一部分結(jié)果圖。。。
可以看出，在考慮了線程安全的情況下，加鎖之后，得到的票數(shù)是正確的，沒(méi)有出現(xiàn)混亂的情況。我們也就解決了多個(gè)線程同步的問(wèn)題。
2.6 線程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換
當(dāng)我們新建一條線程N(yùn)SThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];，在內(nèi)存中的表現(xiàn)為：
當(dāng)調(diào)用[thread start];后，系統(tǒng)把線程對(duì)象放入可調(diào)度線程池中，線程對(duì)象進(jìn)入就緒狀態(tài)，如下圖所示。
當(dāng)然，可調(diào)度線程池中，會(huì)有其他的線程對(duì)象，如下圖所示。在這里我們只關(guān)心左邊的線程對(duì)象。
下邊我們來(lái)看看當(dāng)前線程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
- 如果CPU現(xiàn)在調(diào)度當(dāng)前線程對(duì)象，則當(dāng)前線程對(duì)象進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，如果CPU調(diào)度其他線程對(duì)象，則當(dāng)前線程對(duì)象回到就緒狀態(tài)。
- 如果CPU在運(yùn)行當(dāng)前線程對(duì)象的時(shí)候調(diào)用了sleep方法\等待同步鎖，則當(dāng)前線程對(duì)象就進(jìn)入了阻塞狀態(tài)，等到sleep到時(shí)\得到同步鎖，則回到就緒狀態(tài)。
- 如果CPU在運(yùn)行當(dāng)前線程對(duì)象的時(shí)候線程任務(wù)執(zhí)行完畢\異常強(qiáng)制退出，則當(dāng)前線程對(duì)象進(jìn)入死亡狀態(tài)。
只看文字可能不太好理解，具體當(dāng)前線程對(duì)象的狀態(tài)變化如下圖所示。
轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/u/3697347/blog/1648478
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的iOS多线程：『pthread、NSThread』详尽总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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