深入淺出 iOS 之多線程

深入淺出 iOS 之多線程 NSThread羅朝輝(http://blog.csdn.net/kesalinCC 許可

 

iOS 支援多個層次的多線程編程，層次越高的抽象程度越高，使用起來也越方便，也是蘋果最推薦使用的方法。下面根據抽象層次從低到高依次列出iOS所支援的多線程編程範式：
1, Thread;
2, Cocoa operations;
3, Grand Central Dispatch (GCD) (iOS4 才開始支援)

下面簡要說明這三種不同範式：
Thread 是這三種範式裡面相對輕量級的，但也是使用起來最負責的，你需要自己管理thread的生命週期，線程之間的同步。線程共用同一應用程式的部分記憶體空間，它們擁有對資料相同的存取權限。你得協調多個線程對同一資料的訪問，一般做法是在訪問之前加鎖，這會導致一定的效能開銷。在 iOS 中我們可以使用多種形式的 thread:
Cocoa threads: 使用NSThread 或直接從 NSObject 的類方法 performSelectorInBackground:withObject: 來建立一個線程。如果你選擇thread來實現多線程，那麼 NSThread 就是官方推薦優先選用的方式。
POSIX threads: 基於 C 語言的一個多線程庫，

Cocoa operations是基於 Obective-C實現的，類 NSOperation 以物件導向的方式封裝了使用者需要執行的操作，我們只要聚焦於我們需要做的事情，而不必太操心線程的管理，同步等事情，因為NSOperation已經為我們封裝了這些事情。 NSOperation 是一個抽象基類，我們必須使用它的子類。iOS 提供了兩種預設實現：NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation。

Grand Central Dispatch (GCD): iOS4 才開始支援，它提供了一些新的特性，以及運行庫來支援多核並行編程，它的關注點更高：如何在多個 cpu 上提升效率。

有了上面的總體架構，我們就能清楚地知道不同方式所處的層次以及可能的效率，便利性差異。下面我們先來看看 NSThread 的使用，包括建立，啟動，同步，通訊等相關知識。這些與 win32/Java 下的 thread 使用非常相似。

線程建立與啟動
NSThread的建立主要有兩種直接方式：
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(myThreadMainMethod:) toTarget:self withObject:nil];
和
NSThread* myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self
                                        selector:@selector(myThreadMainMethod:)
                                        object:nil];
[myThread start];

這兩種方式的區別是：前一種一調用就會立即建立一個線程來做事情；而後一種雖然你 alloc 了也 init了，但是要直到我們手動調用 start 啟動線程時才會真正去建立線程。這種延遲實現思想在很多跟資源相關的地方都有用到。後一種方式我們還可以在啟動線程之前，對線程進行配置，比如設定 stack 大小，線程優先順序。

還有一種間接的方式，更加方便，我們甚至不需要顯式編寫 NSThread 相關代碼。那就是利用 NSObject 的類方法 performSelectorInBackground:withObject: 來建立一個線程：
[myObj performSelectorInBackground:@selector(myThreadMainMethod) withObject:nil];
其效果與 NSThread 的 detachNewThreadSelector:toTarget:withObject: 是一樣的。

線程同步
線程的同步方法跟其他系統下類似，我們可以用原子操作，可以用 mutex，lock等。
iOS的原子操作函數是以 OSAtomic開頭的，比如：OSAtomicAdd32, OSAtomicOr32等等。這些函數可以直接使用，因為它們是原子操作。

iOS中的 mutex 對應的是 NSLock，它遵循 NSLooking協議，我們可以使用 lock, tryLock, lockBeforeData:來加鎖，用 unLock來解鎖。使用樣本：
BOOL moreToDo = YES;
NSLock *theLock = [[NSLock alloc] init];
...
while (moreToDo) {
    /* Do another increment of calculation */
    /* until there’s no more to do. */
    if ([theLock tryLock]) {
        /* Update display used by all threads. */
        [theLock unlock];
    }
}

我們可以使用指令 @synchronized 來簡化 NSLock的使用，這樣我們就不必顯示編寫建立NSLock,加鎖並解鎖相關代碼。
- (void)myMethod:(id)anObj
{
    @synchronized(anObj)
    {
        // Everything between the braces is protected by the @synchronized directive.
    }
}
 
還有其他的一些鎖對象，比如：迴圈鎖NSRecursiveLock，條件鎖NSConditionLock，分布式鎖NSDistributedLock等等，在這裡就不一一介紹了，大家去看官方文檔吧。

用NSCodition同步執行的順序
NSCodition 是一種特殊類型的鎖，我們可以用它來同步操作執行的順序。它與 mutex 的區別在於更加精準，等待某個 NSCondtion 的線程一直被 lock，直到其他線程給那個 condition 發送了訊號。下面我們來看使用樣本：

某個線程等待著事情去做，而有沒有事情做是由其他線程通知它的。

[cocoaCondition lock];
while (timeToDoWork <= 0)
    [cocoaCondition wait];
 
timeToDoWork--; 
// Do real work here.
[cocoaCondition unlock];

其他線程發送訊號通知上面的線程可以做事情了：
[cocoaCondition lock];
timeToDoWork++;
[cocoaCondition signal];
[cocoaCondition unlock];

線程間通訊
線程在運行過程中，可能需要與其它線程進行通訊。我們可以使用 NSObject 中的一些方法：
在應用程式主線程中做事情：
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:

在指定線程中做事情：
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:

在當前線程中做事情：
performSelector:withObject:afterDelay:
performSelector:withObject:afterDelay:inModes:

取消發送給當前線程的某個訊息
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

如在我們在某個線程中下載資料，下載完成之後要通知主線程中更新介面等等，可以使用如下介面：- (void)myThreadMainMethod
{
    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
    // to do something in your thread job
    ...
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI) withObject:nil waitUntilDone:NO];
    [pool release];
}

 

RunLoop
說到 NSThread 就不能不說起與之關係相當緊密的 NSRunLoop。Run loop 相當於 win32 裡面的訊息迴圈機制，它可以讓你根據事件/訊息（滑鼠訊息，鍵盤訊息，計時器訊息等）來調度線程是忙碌還是閑置。
系統會自動為應用程式的主線程產生一個與之對應的 run loop 來處理其訊息迴圈。在觸摸 UIView 時之所以能夠激發 touchesBegan/touchesMoved 等等函數被調用，就是因為應用程式的主線程在 UIApplicationMain 裡面有這樣一個 run loop 在分發 input 或 timer 事件。