【iOS】多线程系列二 - NSThread的使用

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C语言中的pthread和OC中的NSThread有什么联系？如何使用呢？

一、pthread

在OC中使用C语言的线程，必须导入C语言中的线程库pthread.h。

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// 1. 导入C语言线程库
#import <pthread.h>

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
}

- (IBAction)btnClick {
    // 2. 创建线程对象
    pthread_t thread = nil;
    /** 3. 创建线程
     * 第一个参数：线程对象（地址传递）
     * 第二个参数：线程的属性（优先级设置）
     * 第三个参数：指向函数的指针（函数名称）
     * 第四个参数：传递给第三个参数的参数（函数参数）
     */
    pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
}

// 子线程的任务
void * run(void * params) {
    for (NSInteger i = 0; i < 100000; i++) {
        NSLog(@"%ld--%d", i, [NSThread isMainThread]);
    }
    return NULL;
}

/*
 输出：
 0--0
 1--0
 2--0
 3--0
 ...
 99999--0
 */

通过上述代码执行耗时任务时，不会阻塞主线程。

二、NSThread

2.1. 创建线程

使用NSThread创建子线程有多种方法。

第一种：通过实例方法初始化

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- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [super touchesBegan:touches withEvent:event];
    // 1. 创建线程
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"hello"];
    // 2. 开启线程
    [thread start];
}

// 线程任务
- (void)run:(id)userInfo {
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); // 输出：<NSThread: 0x60000275c940>{number = 8, name = (null)}
    NSLog(@"%@", userInfo); // 输出：hello
}

第二种：分离一条新的子线程（类方法，自动开启任务）

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- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [super touchesBegan:touches withEvent:event];

    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run:) toTarget:self withObject:@"hello"];
}

- (void)run:(id)userInfo {
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); // 输出：<NSThread: 0x6000034b8880>{number = 8, name = (null)}
    NSLog(@"%@", userInfo); // 输出：hello
}

第三种：开启后台线程（自动开启任务）

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- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [super touchesBegan:touches withEvent:event];

    [self performSelectorInBackground:@selector(run:) withObject:@"hello"];
}

- (void)run:(id)userInfo {
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); // 输出：<NSThread: 0x60000136e3c0>{number = 8, name = (null)}
    NSLog(@"%@", userInfo); // 输出：hello
}

只有第一种创建线程的方法是有线程实例对象的，其他方式都没有返回实例。也就意味着，平时使用实例初始化线程更加易于控制。

2.2. 线程属性和生命周期

  1. 为线程添加name更容易区分线程。
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thread.name = @"线程01";
  1. 设置线程优先级，范围是0.0~1.0，默认是0.5，1.0优先级最高。优先级越高线程被CPU调度的概率就越大（注意是概率）。
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thread.threadPriority = 1.0;

  1. 当线程的内部任务执行完毕之后，线程对象就会被自动释放。

2.3. 线程状态

  1. 启动线程：(首先进入就绪状态，然后到运行状态。当线程任务执行完自动进入死亡状态)

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    - (void)start;

  2. 阻塞（暂停）线程：(进入阻塞状态)

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

  3. 强制停止线程

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    + (void)exit;

示例代码：

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- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [super touchesBegan:touches withEvent:event];
    // 1. 创建线程
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    // 2. 开启线程
    [thread start];    
}

// 3.线程任务
- (void)run {        
    NSLog(@"任务开始");
    // 线程阻塞
    [NSThread sleepForTimeInterval:5];
    NSLog(@"任务结束");
}

/*
 输出：
 2017-09-15 21:37:58.811589+0800 NSThreadDemo[15792:209327] 任务开始
 2017-09-15 21:38:03.821636+0800 NSThreadDemo[15792:209327] 任务结束
 */

通过控制台可以看到任务开始和任务结束之间有5s间隔，间隔就是线程正处在阻塞状态。

三、线程安全

一块资源可能会被多个线程共享，也就是说多个线程可能会访问同一块资源，当多个线程访问同一块资源时（资源可以是对象、变量、文件等），很容易引发数据错乱和数据安全问题。

示例代码（售票）：

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- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    // 总票数
    self.ticketCount = 50;
    // 3个售票员
    self.threadA = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
    self.threadA.name = @"售票员A";

    self.threadB = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
    self.threadB.name = @"售票员B";
    
    self.threadC = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
    self.threadC.name = @"售票员C";
    
    // 开始售票
    [self.threadA start];
    [self.threadB start];
    [self.threadC start];
}

- (void)saleTicket {
    while (1) {
        if (self.ticketCount > 0) {
            self.ticketCount -= 1;
            NSLog(@"%@卖出一张，余票%ld", [NSThread currentThread].name, self.ticketCount);
        } else {
            NSLog(@"%@发现票已售完", [NSThread currentThread].name);
            break;
        }
    }
}

上面代码看似没有问题，但是当我们把卖票时间拉长（任务执行时间大于线程调度时间）时，就会发现问题。

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- (void)saleTicket {
    while (1) {
        if (self.ticketCount > 0) {
            self.ticketCount -= 1;
            // 增加任务执行时间
            for (NSInteger i = 0; i < 1000000; i++) {}
            NSLog(@"%@卖出一张，余票%ld", [NSThread currentThread].name, self.ticketCount);
        } else {
            NSLog(@"%@发现票已售完", [NSThread currentThread].name);
            break;
        }
    }
}

// 控制台
2017-09-15 21:29:43.313420+0800 NSThreadDemo[17519:236990] 售票员B卖出一张，余票40
2017-09-15 21:29:43.313195+0800 NSThreadDemo[17519:236989] 售票员A卖出一张，余票40
2017-09-15 21:29:43.316993+0800 NSThreadDemo[17519:236991] 售票员C卖出一张，余票38
2017-09-15 21:29:43.317977+0800 NSThreadDemo[17519:236990] 售票员B卖出一张，余票37
2017-09-15 21:29:43.318347+0800 NSThreadDemo[17519:236989] 售票员A卖出一张，余票37
2017-09-15 21:29:43.321834+0800 NSThreadDemo[17519:236991] 售票员C卖出一张，余票35

发现有重复卖票的行为。可以通过**互斥锁(同步锁)**解决线程安全问题。当线程A访问（读）资源时，对资源进行加锁，访问（写）结束后，再把锁打开。如果线程B在线程A访问资源时也想访问这块资源，由于锁的存在，线程B只能等待资源没有加锁时才能访问。

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/*
 * token：锁对象（要求：全局变量，建议直接使用self）
 * statements：要加锁的代码段
 */
@synchronized (<#token#>) {
    <#statements#>
}

思考：为什么锁对象要使用全局变量？

如果线程每次访问资源时都要加一把新锁，就会导致加的锁是无效的。

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- (void)saleTicket {
    while (1) {
        @synchronized (self) {
            if (self.ticketCount > 0) {
                self.ticketCount -= 1;
                for (NSInteger i = 0; i < 1000000; i++) {}
                NSLog(@"%@卖出一张，余票%ld", [NSThread currentThread].name, self.ticketCount);
            } else {
                NSLog(@"%@发现票已售完", [NSThread currentThread].name);
                break;
            }
        }
    }
}

如果把互斥锁加到while的外层，会怎样呢？结果就是一个售票员把所有的票都卖完了。所以不能在随意位置进行加锁，只有当多个线程会抢夺同一块资源时，对该资源进行加锁，否则随意加锁不仅没有效果，还会损耗程序性能。

互斥锁的本质是使用了线程同步技术（多条线程在同一条线上顺序地执行任务）。

四、原子和非原子属性

OC在定义属性时有nonatomic和atomic两种选择。

  • atomic：原子属性，线程安全，为setter方法加锁（默认就是atomic）
  • nonatomic：非原子属性，非线程安全，不会为setter方法加锁

既然atomic是线程安全的，为什么开发中会经常使用nonatomic？

主要有两点因素：

  1. nonatomic性能好；
  2. 开发中多线程抢夺资源的情况并不多。

五、线程通信

在1个进程中，一般情况下线程不是单独存在的，多个线程之间需要经常进行通信。

线程通信特点：

  • 1个线程传递数据给另1个线程
  • 在1个线程中执行完特定任务后，转到另1个线程继续执行任务

线程通信常用方法：

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/*
 * 子线程回到主线程
 * aSelector: 回到主线程执行的方法
 * arg: aSelector选择器的传递的参数
 * wait: 是否等待aSelector执行完毕后再继续往下执行
 */
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

下载图片是一个耗时操作，尤其当图片比较大的时候更加明显。

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- (void)showImage {
    NSString *imgURLStr = @"https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=9&tn=baiduimagedetail&ipn=d&word=5k%E9%AB%98%E6%B8%85%E5%A4%A7%E5%9B%BE&step_word=&ie=utf-8&in=&cl=2&lm=-1&st=-1&hd=0&latest=0&copyright=0&cs=3388459890,4007020485&os=1361240164,2722658368&simid=0,0&pn=0&rn=1&di=69520&ln=787&fr=&fmq=1605533629706_R&fm=rs4&ic=0&s=undefined&se=&sme=&tab=0&width=0&height=0&face=undefined&is=0,0&istype=0&ist=&jit=&bdtype=0&spn=0&pi=0&gsm=0&hs=2&oriquery=%E5%A4%A7%E5%9B%BE&objurl=http%3A%2F%2Fimg.jk51.com%2Fimg_jk51%2F196318182.jpeg&rpstart=0&rpnum=0&adpicid=0&force=undefined";
    NSURL *imgURL = [NSURL URLWithString:imgURLStr];
    CFTimeInterval start = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    NSData *imgData = [NSData dataWithContentsOfURL:imgURL];
    CFTimeInterval end = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    NSLog(@"differ=%f", end - start);
    UIImage *img = [UIImage imageWithData:imgData];
    self.imgView.image = img;
}
// 输出：differ=0.544529

为避免多图下载时，不影响主线程任务执行（卡屏）。可以将下载操作放到子线程，当下载完成后通知主线程刷新UI。

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- (void)loadImage {
    NSString *imgURLStr = @"https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=9&tn=baiduimagedetail&ipn=d&word=5k%E9%AB%98%E6%B8%85%E5%A4%A7%E5%9B%BE&step_word=&ie=utf-8&in=&cl=2&lm=-1&st=-1&hd=0&latest=0&copyright=0&cs=3388459890,4007020485&os=1361240164,2722658368&simid=0,0&pn=0&rn=1&di=69520&ln=787&fr=&fmq=1605533629706_R&fm=rs4&ic=0&s=undefined&se=&sme=&tab=0&width=0&height=0&face=undefined&is=0,0&istype=0&ist=&jit=&bdtype=0&spn=0&pi=0&gsm=0&hs=2&oriquery=%E5%A4%A7%E5%9B%BE&objurl=http%3A%2F%2Fimg.jk51.com%2Fimg_jk51%2F196318182.jpeg&rpstart=0&rpnum=0&adpicid=0&force=undefined";
    NSURL *imgURL = [NSURL URLWithString:imgURLStr];
    // 1. 开启分线程下载图片
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(getImgWithURL:) toTarget:self withObject:imgURL];
}

- (void)getImgWithURL:(NSURL *)url {
    NSData *imgData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    UIImage *img = [UIImage imageWithData:imgData];
    // 2. 回到主线程显示图片
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:img waitUntilDone:YES];
    // 下面的写法可以直接为imageView添加image
    // [self.imgView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:img waitUntilDone:YES];
}

- (void)showImage:(UIImage *)image {
    self.imgView.image = image;
}