iOS 多线程

多线程是一个比较轻量级的方法来实现单个应用程序内多个代码执行路径。在系统级别内，程序并排执行，系统分配到每个程序的执行时间是基于该程序的所需时间和其他程序的所需时间来决定的。然而在每个应程序的内部，存在一个或多个执行线程，它同时或在一个几乎同时发生的方式里执行不同的任务。

1：线程
可并发执行的，拥有最小系统资源，共享进程资源的基本调度单位。共用堆，自有栈（官方资料说明iOS主线程栈大小为1M，其它线程为512K）。
并发执行进度不可控，对非原子操作易造成状态不一致，加锁控制又有死锁的风险。

2：IOS中的线程
iOS主线程（UI线程），我们的大部分业务逻辑代码运行于主线程中。没有特殊需求，不应引入线程增加程序复杂度。
应用场景：逻辑执行时间过长，严重影响交互体验（界面卡死）等。

IOS 多线程有三种主要方法
（1）NSThread
（2）GCD (Grand Central Dispatch)
（3）NSOperation

NSThread：

(1) 创建一个NSThread的对象，调用其start方法。对于这种方式的NSThread对象的创建，可以使用一个目标对象的方法初始化一个NSThread对象，或者创建一个继承NSThread类的子类，实现其main方法，然后在直接创建这个子类的对象。

NSThread* myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self  selector:@selector(myThreadMainMethod:)  object:nil];      
  [myThread start]; //启动线程

(2) 使用 detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:这个类方法创建一个线程，直接使用目标对象的方法作为线程启动入口。

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(myThreadMainMethod:) toTarget:self withObject:nil];

(3) NSObject直接就加入了多线程的支持，允许对象的某个方法在后台运行。

[myObj performSelectorInBackground:@selector(doSomething) withObject:nil];

Grand Central Dispatch

GCD是Apple开发的一个多核编程的解决方法。该方法在Mac OS X 10.6雪豹中首次推出，并随后被引入到了iOS4.0中。GCD是一个替代诸如NSThread, NSOperationQueue, NSInvocationOperation等技术的很高效和强大的技术，它看起来象就其它语言的闭包(Closure)一样，但苹果把它叫做blocks。

应用举例

让我们来看一个编程场景。我们要在iphone上做一个下载网页的功能，该功能非常简单，就是在iphone上放置一个按钮，点击该按钮时，显示一个转动的圆圈，表示正在进行下载，下载完成之后，将内容加载到界面上的一个文本控件中。

不用GCD前虽然功能简单，但是我们必须把下载过程放到后台线程中，否则会阻塞UI线程显示。所以，如果不用GCD, 我们需要写如下3个方法：

someClick 方法是点击按钮后的代码，可以看到我们用NSInvocationOperation建了一个后台线程，并且放到NSOperationQueue中。后台线程执行download方法。
download 方法处理下载网页的逻辑。下载完成后用performSelectorOnMainThread执行download_completed 方法。
download_completed 进行clear up的工作，并把下载的内容显示到文本控件中。

这3个方法的代码如下。可以看到，虽然开始下载 -> 下载中 -> 下载完成这3个步骤是整个功能的三步。但是它们却被切分成了3块。他们之间因为是3个方法，所以还需要传递数据参数。如果是复杂的应用，数据参数很可能就不象本例子中的NSString那么简单了，另外，下载可能放到Model的类中来做，而界面的控制放到View Controller层来做，这使得本来就分开的代码变得更加散落。代码的可读性大大降低。

static NSOperationQueue * queue; 
 
- (IBAction)someClick:(id)sender { 
    self.indicator.hidden = NO; 
    [self.indicator startAnimating]; 
    queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; 
    NSInvocationOperation * op = [[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(download) object:nil] autorelease]; 
    [queue addOperation:op]; 
} 
 
- (void)download { 
    NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"]; 
    NSError * error; 
    NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error]; 
    if (data != nil) { 
        [self performSelectorOnMainThread:@selector(download_completed:) withObject:data waitUntilDone:NO]; 
    } else { 
        NSLog(@"error when download:%@", error); 
        [queue release]; 
    } 
} 
 
- (void) download_completed:(NSString *) data { 
    NSLog(@"call back"); 
    [self.indicator stopAnimating]; 
    self.indicator.hidden = YES; 
    self.content.text = data; 
    [queue release]; 
}

使用GCD后

如果使用GCD，以上3个方法都可以放到一起，如下所示：

// 原代码块一 
self.indicator.hidden = NO; 
[self.indicator startAnimating]; 
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ 
    // 原代码块二 
    NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"]; 
    NSError * error; 
    NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error]; 
    if (data != nil) { 
        // 原代码块三 
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ 
            [self.indicator stopAnimating]; 
            self.indicator.hidden = YES; 
            self.content.text = data; 
        }); 
    } else { 
        NSLog(@"error when download:%@", error); 
    } 
});

首先我们可以看到，代码变短了。因为少了原来3个方法的定义，也少了相互之间需要传递的变量的封装。

另外，代码变清楚了，虽然是异步的代码，但是它们被GCD合理的整合在一起，逻辑非常清晰。如果应用上MVC模式，我们也可以将View Controller层的回调函数用GCD的方式传递给Modal层，这相比以前用@selector的方式，代码的逻辑关系会更加清楚。

GCD的定义

简单GCD的定义有点象函数指针，差别是用 ^ 替代了函数指针的 * 号，如下所示：

// 申明变量 
 (void) (^loggerBlock)(void); 
 // 定义 
 loggerBlock = ^{ 
      NSLog(@"Hello world"); 
 }; 
 // 调用 
 loggerBlock();

但是大多数时候，我们通常使用内联的方式来定义它，即将它的程序块写在调用的函数里面，例如这样：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ 
     // something 
});

从上面大家可以看出，block有如下特点：

程序块可以在代码中以内联的方式来定义。
程序块可以访问在创建它的范围内的可用的变量。

系统提供的dispatch方法

为了方便地使用GCD，苹果提供了一些方法方便我们将block放在主线程或后台线程执行，或者延后执行。使用的例子如下：

//  后台执行： 
 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ 
      // something 
 }); 
 // 主线程执行： 
 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ 
      // something 
 }); 
 // 一次性执行： 
 static dispatch_once_t onceToken; 
 dispatch_once(&onceToken, ^{ 
     // code to be executed once 
 }); 
 // 延迟2秒执行： 
 double delayInSeconds = 2.0; 
 dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds * NSEC_PER_SEC); 
 dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){ 
     // code to be executed on the main queue after delay 
 });

dispatch_queue_t 也可以自己定义，如要要自定义queue，可以用dispatch_queue_create方法，示例如下：

dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", NULL); 
dispatch_async(urls_queue, ^{ 
     // your code 
}); 
dispatch_release(urls_queue);

另外，GCD还有一些高级用法，例如让后台2个线程并行执行，然后等2个线程都结束后，再汇总执行结果。这个可以用dispatch_group, dispatch_group_async 和 dispatch_group_notify来实现，示例如下：

dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); 
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{ 
      // 并行执行的线程一 
 }); 
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{ 
      // 并行执行的线程二 
 }); 
 dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{ 
      // 汇总结果 
 });

修改block之外的变量

默认情况下，在程序块中访问的外部变量是复制过去的，即写操作不对原变量生效。但是你可以加上 __block来让其写操作生效，示例代码如下：

__block int a = 0; 
void  (^foo)(void) = ^{ 
     a = 1; 
} 
foo(); 
// 这里，a的值被修改为1

后台运行

GCD的另一个用处是可以让程序在后台较长久的运行。在没有使用GCD时，当app被按home键退出后，app仅有最多5秒钟的时候做一些保存或清理资源的工作。但是在使用GCD后，app最多有10分钟的时间在后台长久运行。这个时间可以用来做清理本地缓存，发送统计数据等工作。

让程序在后台长久运行的示例代码如下：

// AppDelegate.h文件 
@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backgroundUpdateTask; 
 
// AppDelegate.m文件 
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application 
{ 
    [self beingBackgroundUpdateTask]; 
    // 在这里加上你需要长久运行的代码 
    [self endBackgroundUpdateTask]; 
} 
 
- (void)beingBackgroundUpdateTask 
{ 
    self.backgroundUpdateTask = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{ 
        [self endBackgroundUpdateTask]; 
    }]; 
} 
 
- (void)endBackgroundUpdateTask 
{ 
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundUpdateTask]; 
    self.backgroundUpdateTask = UIBackgroundTaskInvalid; 
}

总结

总体来说，GCD能够极大地方便开发者进行多线程编程。如果你的app不需要支持iOS4.0以下的系统，那么就应该尽量使用GCD来处理后台线程和UI线程的交互。

NSOperation和NSOperationQueue

1、一个继承自 NSOperation的操作类，该类的实现中必须有 - (void)main方法的。

2、使用NSOperation的最简单方法就是将其放入NSOperationQueue中。

一旦一个操作被加入队列，该队列就会启动并开始处理它（即调用该操作类的main方法）。一旦该操作完成队列就会释放它。

 self.queue = [[NSOperationQueue alloc] init];  
    ArticleParseOperation *parser = [[ArticleParseOperation alloc] initWithData:filePath delegate:self];  
    [queue addOperation:parser];  
    [parser release];  
 [queue release];

IOS多线程编程之NSOperation和NSOperationQueue的使用

使用 NSOperation的方式有两种，

一种是用定义好的两个子类：NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation。

另一种是继承NSOperation

如果你也熟悉Java，NSOperation就和java.lang.Runnable接口很相似。和Java的Runnable一样，NSOperation也是设计用来扩展的，只需继承重写NSOperation的一个方法main。相当与java 中Runnalbe的Run方法。然后把NSOperation子类的对象放入NSOperationQueue队列中，该队列就会启动并开始处理它

NSInvocationOperation例子：

和前面一篇博文一样，我们实现一个下载图片的例子。新建一个Single View app，拖放一个ImageView控件到xib界面。

实现代码如下：

#import "ViewController.h"
#define kURL @"http://avatar.csdn.net/2/C/D/1_totogo2010.jpg"
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self
                                                                           selector:@selector(downloadImage:)
                                                                             object:kURL];
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperation:operation];
	// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
}

-(void)downloadImage:(NSString *)url{
    NSLog(@"url:%@", url);
    NSURL *nsUrl = [NSURL URLWithString:url];
    NSData *data = [[NSData alloc]initWithContentsOfURL:nsUrl];
    UIImage * image = [[UIImage alloc]initWithData:data];
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:) withObject:image waitUntilDone:YES];
}
-(void)updateUI:(UIImage*) image{
    self.imageView.image = image;
}

1.viewDidLoad方法里可以看到我们用NSInvocationOperation建了一个后台线程，并且放到NSOperationQueue中。后台线程执行downloadImage方法。

2.downloadImage 方法处理下载图片的逻辑。下载完成后用performSelectorOnMainThread执行主线程updateUI方法。

3.updateUI 并把下载的图片显示到图片控件中。

运行可以看到下载图片显示在界面上。

3、可以给操作队列设置最多同事运行的操作数： [queue setMaxConcurrentOperationCount:2];

继承NSOperation

在.m文件中实现main方法，main方法编写要执行的代码即可。

如何控制线程池中的线程数？

队列里可以加入很多个NSOperation, 可以把NSOperationQueue看作一个线程池，可往线程池中添加操作（NSOperation）到队列中。线程池中的线程可看作消费者，从队列中取走操作，并执行它。

通过下面的代码设置：

[queue setMaxConcurrentOperationCount:5];线程池中的线程数，也就是并发操作数。默认情况下是-1，-1表示没有限制，这样会同时运行队列中的全部的操作。

弄清楚NSRunLoop确实需要花时间，这个类的概念和模式似乎是Apple的平台独有（iOS+MacOSX）。

官网的解释是说run loop可以用于处理异步事件，很抽象的说法。不罗嗦，先看看NSRunLoop几个常用的方法。

+ (NSRunLoop *)currentRunLoop; //获得当前线程的run loop

+ (NSRunLoop *)mainRunLoop; //获得主线程的run loop

- (void)run; //进入处理事件循环，如果没有事件则立刻返回。注意：主线程上调用这个方法会导致无法返回（进入无限循环，虽然不会阻塞主线程），因为主线程一般总是会有事件处理。

- (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate; //同run方法，增加超时参数limitDate，避免进入无限循环。使用在UI线程（亦即主线程）上，可以达到暂停的效果。

- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; //等待消息处理，好比在PC终端窗口上等待键盘输入。一旦有合适事件（mode相当于定义了事件的类型）被处理了，则立刻返回；类同run方法，如果没有事件处理也立刻返回；有否事件处理由返回布尔值判断。同样limitDate为超时参数。

- (void)acceptInputForMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; //似乎和runMode:差不多（测试过是这种结果，但确定是否有其它特殊情况下的不同），没有BOOL返回值。

官网文档也提到run和runUntilDate:会以NSDefaultRunLoopMode参数调用runMode:来处理事件。

当app运行后，iOS系统已经帮助主线程启动一个run loop，而一般线程则需要手动来启动run loop。

使用run loop的一个好处就是避免线程轮询的开销，run loop在无事件处理时可以自动进入睡眠状态，降低CPU的能耗。

比如一般线程轮询的方式为：

while (condition)

{

　　// waiting for new data

　　sleep(1);

　　// process current data

}

其实这种方式是很能消耗CPU时间片的，如果在UI线程中这样使用还会阻塞UI响应。而改用NSRunLoop来实现，则可大大改善线程的执行效率，而且不会阻塞UI（有点像javascript，用单线程实现多线程的效果）。上面的例子可以改为：

while (condition)

{

　　// waiting for new data

　　if ([[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]])

　　{

　　　　// process current data

　　}

接下来我们看看具体的例子，包括如何实现线程执行的关联同步（join），以及UI线程run loop的一般使用技巧等。

假设有个线程A，它会启动线程B，然后等待B线程的结束。NSThread是没有join的方法，用run loop方式实现就比较精巧。

NSThread *A; //global

A = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(runA) object:nil]; //生成线程A

[A start]; //启动线程A

- (void)runA

{

　　[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(runB) toTarget:self withObject:nil]; //生成线程B

　　while (1)

　　{

　　　　if ([[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:@"CustomRunLoopMode" beforeDate:[NSDate distantFuture]]) //相当于join

　　　　{

　　　　　　NSLog(@"线程B结束");

　　　　　　break;

　　　　}

- (void)runB

{

　　sleep(1);

　　[self performSelector:@selector(setData) onThread:A withObject:nil waitUntilDone:YES modes:@[@"CustomRunLoopMode"]];

}

实际运行时，过1秒后线程A也会自动结束。这里用到自定义的mode，一般在UI线程上调用run loop会使用缺省的mode。结合while循环，UI线程就可以实现子线程的同步运行（具体例子这里不再描述，可参看：http://www.cnblogs.com/tangbinblog/archive/2012/12/07/2807088.html）。

下面罗列调用主线程的run loop的各种方式，读者可以加深理解：

[[NSRunLoop mainRunLoop] run]; //主线程永远等待，但让出主线程时间片

[[NSRunLoop mainRunLoop] runUntilDate:[NSDate distantFuture]]; //等同上面调用

[[NSRunLoop mainRunLoop] runUntilDate:[NSDate date]]; //立即返回

[[NSRunLoop mainRunLoop] runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10.0]]; //主线程等待，但让出主线程时间片，然后过10秒后返回

[[NSRunLoop mainRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate: [NSDate distantFuture]]; //主线程等待，但让出主线程时间片；有事件到达就返回，比如点击UI等。

[[NSRunLoop mainRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate: [NSDate date]]; //立即返回

[[NSRunLoop mainRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate: [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10.0]]; //主线程等待，但让出主线程时间片；有事件到达就返回，如果没有则过10秒返回。