多线程：NSThread

jopen 8年前

多线程是程序开发中非常基础的一个概念，大家在开发过程中应该或多或少用过相关的东西。同时这恰恰又是一个比较棘手的概念，一切跟多线程挂钩的东西都会变得复杂。如果使用过程中对多线程不够熟悉，很可能会埋下一些难以预料的坑。

iOS中的多线程技术主要有NSThread, GCD和NSOperation。他们的封装层次依次递增，其中:

  • NSThread封装性最差，最偏向于底层，主要基于thread使用
  • GCD是基于C的API，直接使用比较方便，主要基于task使用
  • NSOperation是基于GCD封装的NSObject对象，对于复杂的多线程项目使用比较方便，主要基于队列使用

这篇文章是这个多线程系列的第一篇，主要介绍NSThread, NSThread是上面三项技术中唯一基于thread的，每一个NSThread对象代表着一个线程，理解NSThread更有利于理解多线程的含义

多线程的概念

曾经面试的时候被问到过什么是线程和进程？当时感觉自己似乎知道这是什么东西，但是比划了半天就是说不上来

根据Apple官方的定义：

The term thread is used to refer to a separate path of execution for code.  The term process is used to refer to a running executable, which can encompass multiple threads.
  • 线程用于指代一个独立执行的代码路径
  • 进程用于指代一个可执行程序，他可以包含多个线程

当一个可执行程序中拥有多个独立执行的代码路径的时候，这就叫做多线程

NSThread API

线程创建

对于NSThread来说，每一个对象就代表着一个线程，NSThread提供了2种创建线程的方法:

+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(nullable id)argument;  - (instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selector object:(nullable id)argument NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
  • detach方法直接创建并启动一个线程去Selector，由于没有返回值，如果需要获取新创建的Thread，需要在执行的Selector中调用 -[NSThread currentThread] 获取
  • init方法初始化线程并返回，线程的入口函数由Selector传入。线程创建出来之后需要手动调用 -start 方法启动

线程操作

创建好线程之后当然需要对线程进行操作，NSThread给线程提供的主要操作方法有启动，睡眠，取消，退出

启动

我们使用init方法将线程创建出来之后，线程并不会立即运行，只有我们手动调用 -start 方法才会启动线程 

- (void)start NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

这里要注意的是：部分线程属性需要在启动前设置，线程启动之后再设置会无效。如 qualityOfService 属性

睡眠

NSThread提供了2个让线程睡眠的方法，一个是根据NSDate传入睡眠时间，一个是直接传入NSTimeInterval

+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;  + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;

看到 sleepUntilDate: 大家可能会想起runloop的 runUntilDate: 。他们都有阻塞线程的效果，但是阻塞之后的行为又有不一样的地方，使用的时候，我们需要根据具体需求选择合适的API。

  • sleepUntilDate: 相当于执行一个sleep的任务。在执行过程中，即使有其他任务传入runloop，runloop也不会立即响应，必须sleep任务完成之后，才会响应其他任务
  • runUntilDate: 虽然会阻塞线程，阻塞过程中并不妨碍新任务的执行。当有新任务的时候，会先执行接收到的新任务，新任务执行完之后，如果时间到了，再继续执行 runUntilDate: 之后的代码

取消

对于线程的取消，NSThread提供了一个取消的方法和一个属性

@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);    - (void)cancel NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

不过大家千万不要被它的名字迷惑，调用 -cancel 方法并不会立刻取消线程，它仅仅是将 cancelled 属性设置为YES。 cancelled 也仅仅是一个用于记录状态的属性。线程取消的功能需要我们在main函数中自己实现

要实现取消的功能，我们需要自己在线程的main函数中定期检查 isCancelled 状态来判断线程是否需要退出，当 isCancelled 为YES的时候，我们手动退出。如果我们没有在main函数中检查 isCancelled 状态，那么调用 -cancel 将没有任何意义

退出

与充满不确定性的 -cancel 相比， -exit 函数可以让线程立即退出。 

+ (void)exit;

-exit 属于核弹级别终极API，调用之后会立即终止线程，即使任务还没有执行完成也会中断。这就非常有可能导致内存泄露等严重问题，所以一般不推荐使用。

对于有runloop的线程，可以使用 CFRunLoopStop() 结束runloop配合 -cancel 结束线程

线程通讯

线程准备好之后，经常需要从主线程把耗时的任务丢给辅助线程，当任务完成之后辅助线程再把结果传回主线程传，这些线程通讯一般用的都是perform方法

//①  - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array;   //②  - (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;     //③  - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);  //④  - (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
  • ①：将selector丢给主线程执行，可以指定runloop mode
  • ②：将selector丢给主线程执行，runloop mode默认为common mode
  • ③：将selector丢个指定线程执行，可以指定runloop mode
  • ④：将selector丢个指定线程执行，runloop mode默认为default mode

所以我们一般用③④方法将任务丢给辅助线程，任务执行完成之后再使用①②方法将结果传回主线程。

注意：perform方法只对拥有runloop的线程有效，如果创建的线程没有添加runloop，perform的selector将无法执行。

线程优先级

每个线程的紧急程度是不一样的，有的线程中任务你也许希望尽快执行，有的线程中任务也许并不是那么紧急，所以线程需要有优先级。优先级高线程中的任务会比优先级低的线程先执行

NSThread有4个优先级的API

+ (double)threadPriority;  + (BOOL)setThreadPriority:(double)p;    @property double threadPriority NS_AVAILABLE(10_6, 4_0); // To be deprecated; use qualityOfService below    @property NSQualityOfService qualityOfService NS_AVAILABLE(10_10, 8_0); // read-only after the thread is started
  • 前2个是类方法，用于设置和获取当前线程的优先级
  • threadPriority属性可以通过对象设置和获取优先级
  • 由于线程优先级是一个比较抽线的东西，没人能知道0.5和0.6到底有多大区别，所以iOS8之后新增了qualityOfService枚举属性，大家可以通过枚举值设置优先级
typedef NS_ENUM(NSInteger, NSQualityOfService) {      NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21,      NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19,      NSQualityOfServiceDefault = -1      NSQualityOfServiceUtility = 0x11,      NSQualityOfServiceBackground = 0x09,  }

NSQualityOfService主要有5个枚举值，优先级别从高到低排布：

  • NSQualityOfServiceUserInteractive：最高优先级，主要用于提供交互UI的操作，比如处理点击事件，绘制图像到屏幕上
  • NSQualityOfServiceUserInitiated：次高优先级，主要用于执行需要立即返回的任务
  • NSQualityOfServiceDefault：默认优先级，当没有设置优先级的时候，线程默认优先级
  • NSQualityOfServiceUtility：普通优先级，主要用于不需要立即返回的任务
  • NSQualityOfServiceBackground：后台优先级，用于完全不紧急的任务

一般主线程和没有设置优先级的线程都是默认优先级

主线程和当前线程

NSThread也提供了非常方便的获取和判断主线程的API

@property (readonly) BOOL isMainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);  + (BOOL)isMainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); // reports whether current thread is main  + (NSThread *)mainThread NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
  • isMainThread：判断当前线程是否是主线程
  • mainThread：获取主线程的thread

除了获取主线程，我们也可以使用 -currentThread 获取当前线程 

+ (NSThread *)currentThread;

线程通知

NSThread有三个线程相关的通知

NSString * const NSWillBecomeMultiThreadedNotification;  NSString * const NSDidBecomeSingleThreadedNotification;  NSString * const NSThreadWillExitNotification;
  • NSWillBecomeMultiThreadedNotification：由当前线程派生出第一个其他线程时发送，一般一个线程只发送一次
  • NSDidBecomeSingleThreadedNotification：这个通知目前没有实际意义，可以忽略
  • NSThreadWillExitNotification线程退出之前发送这个通知

NSThread实例

只看API毕竟比较抽象，下面我用一个例子给大家展示NSThread的使用方法

线程创建

我们首先来创建一个线程，并用self.thread持有，以便后面操作线程和线程通讯使用

self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadMain) object:nil]; // ①创建线程  self.thread.qualityOfService = NSQualityOfServiceDefault; //②设置线程优先级  [self.thread start]; //③启动线程
  • ①：创建线程，并指定入口main函数为 -threadMain
  • ②：设置线程的优先级，qualityOfService属性必须在线程启动之前设置，启动之后将无法再设置
  • ③：调用 start 方法启动线程。

由于线程的创建和销毁非常消耗性能，大多情况下，我们需要复用一个长期运行的线程来执行任务。

在线程启动之后会首先执行 -threadMain ，正常情况下threadMain方法执行结束之后，线程就会退出。为了线程可以长期复用接收消息，我们需要在threadMain中给thread添加runloop 

- (void)threadMain {      [[NSThread currentThread] setName:@"myThread"]; // ①给线程设置名字      NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];    // ②给线程添加runloop      [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];   //③给runloop添加数据源      while (![[NSThread currentThread] isCancelled]) {           //④：检查isCancelled          [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10]];  //⑤启动runloop      }  }
  • ①：设置线程的名字，这一步不是必须的，主要是为了debug的时候更方便，可以直接看出这是哪个线程
  • ②：自定义的线程默认是没有runloop的，调用 -currentRunLoop ，方法内部会为线程创建runloop
  • ③：如果没有数据源，runloop会在启动之后会立刻退出。所以需要给runloop添加一个数据源，这里添加的是NSPort数据源
  • ④：定期检查isCancelled，当外部调用 -cancel 方法将isCancelled置为YES的时候，线程可以退出
  • ⑤：启动runloop

线程通讯

线程创建好了之后我们就可以给线程丢任务了，当我们有一个需要比较耗时的任务的时候，我们可以调用perform方法将task丢给这个线程。

[self performSelector:@selector(threadTask) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO]

结束线程

当我们想要结束线程的时候，我们可以使用 CFRunLoopStop() 配合 -cancel 来结束线程。 

- (void)cancelThread  {      [[NSThread currentThread] cancel];      CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());  }

不过这个方法必须在self.thread线程下调用。如果当前是主线程。可以perform到self.thread下调用这个方法结束线程

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