NSThead的进阶使用和简单探讨

Posted 2021-01-20 blogwithstudyofwyn

概述
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NSThread类是一个继承NSObjct类的个轻量级的类。但需要管理线程的生命周期、同步、加锁等问题，这会导致一定的性能开销。
使用NSThread类可以让某个OC方法在特定的线程中被调用。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，尤其为了避免不阻塞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工作分为几个较小的工作，从而提高多核计算机的性能。
NSThread类支持监听一个线程在运行期情况的语义和NSOperation相似。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。
一个NSThread对象就代表一个线程。

本文将会从这几个方面开始探讨NSThread

方法属性的介绍
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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 ;

启动一个线程。
使用initWithTarget:selector:、initWithBlock:、detachNewThreadSelector:，detachNewThreadWithBlock:创建都是异步线程。

// 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。如果这样，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

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，在给定的时间间隔
+ (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

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;

主线程相关

// 返回Boolean值，表示当前线程是否是主线程
@property (class, readonly) BOOL isMainThread ;
// Boolean值，表示接受者是否是主线程
@property (readonly) BOOL isMainThread ;
// 返回一个表示是主线程的对象
@property (class, readonly, strong) NSThread *mainThread;

执行环境

// 返回这个app是不是多线程
+ (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;

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;

线程优先级

// 线程开启后是个自读属性
@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

通知

// 未被实现，没有实际意义，保留项
NSDidBecomeSingleThreadedNotification
// 在线程退出前，当一个NSThread对象收到到退出消息时发送这个通知，观察者在退出前，在线程退出中观察者方法被调用去接收这个通知。
NSThreadWillExitNotification
// 当第一个线程从当前线程启动发送通知。NSThread类发送这个通知，最多一次，第一次是一个线程派遣使用`detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:`,`start`方法。后续调用这些方法是不会发送通知。这个通知的观察者有他们的通知方法是在主线程中调用而新线程。观察者通知总是被执行，当新的线程开始执行。
NSWillBecomeMultiThreadedNotification

线程间通信，
NSObject分类NSThreadPerformAdditions中方法(NSThread.h文件中)
1、在主线程和子线程中均可执行，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

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,在当前线程执行的同步任务，会阻塞当前线程。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;

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

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。显示调用线程。

//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__);
}];

1. 线程中通信

2.1 NSThreadPerformAdditions分类方法，异步方法
// 无论在子线程还是主线程，都会调用主线程犯法。

a. 主线程

    [self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:nil waitUntilDone:YES];
    //[self performSelectorOnMainThread:@selector(add:) withObject:@"arg" waitUntilDone:YES modes:@[(NSRunLoopMode)kCFRunLoopDefaultMode]];

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

//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]];

// 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];
}

c. 后台线程(隐式创建一个线程)

[self performSelectorInBackground:@selector(add:) withObject:@"arg"];

2.2 协议NSObject方法，同步。

[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    // 直接调用
    [self performSelector:@selector(add:) withObject:@"xxx"];
}];

2.3 延迟
NSObject分类NSDelayedPerforming方法，异步操作，并且是在主线程上。

[self performSelector:@selector(add:) withObject:self afterDelay:2];

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];
}];

线程安全

问题：
多个线程可能会访问同一块资源。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。多个线程同时抢夺同一个资源，会引起线程不安全，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:在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。锁有多种：读写锁、自旋锁、互斥锁、信号量、条件锁等。互斥锁就是多个顺序的执行。这里用互斥锁的情况。

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);
    }
}

对需要读写操作的资源，加锁。

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

1. 新建和就绪状态
   显式创建，使用initWithTarget:selector:和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:和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];

总结：

• NSThread 管理多个线程比较困难,所以不太推荐使用
• 苹果建议，现在推荐用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

• nsthread apple 文档
• 线程的生命周期
• 线程的生命周期及五种基本状态