对 iOS 多线程技术 GCD、NSOperation、NSTread的一些总结。

GCD替我们做了哪些工作(为什么要使用GCD)

基本概念

它是一个在线程池模式的基础上执行的并发任务。线程池的限制上线是64个

为什么要用 GCD

• GCD可用于多核的并行运算
• GCD会自动利用更多的CPU内核(比如双核、四核)
• GCD会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
• 工程师只需要告诉GCD想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

核心概念

任务和 队列

• 任务执行任务有两种方式：同步执行（sync）和异步执行（async）主要区别：是否等待队列的任务执行结束，以及是否具备开启新线程的能力。

  • 同步执行：等待/只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
  • 异步执行：不等待/可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力

• 队列这里的队列指执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列采用FIFO(先进先出)的原则有两种队列：串行队列和并发队列

  • 串行队列：只开启一个线程，一个任务执行完毕后，再执行下一个任务 SERIAL
  • 并发队列：可以开启多个线程，并且同时执行任务 CONCURRENT并发队列的并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

• 使用步骤使用步骤其实很简单，只有两步1.创建一个队列（串行队列或并发队列）2.将任务追加到任务的等待队列中，然后系统就会根据任务类型执行任务（同步执行或异步执行）

  • 队列的创建方法/获取方法可以使用dispatch_queue_create来创建队列，需要传入两个参数
    • 第一个参数：队列的唯一标识符
    • 第二个参数：识别是串行队列还是并发队列
    • 串行队列：主队列（Main Dispatch Queue）主线程执行
    • 并发队列：GCD默认提供了全局并发队列（Global Dispatch Queue）
      • 需要传入两个参数：1.表示队列优先级，一般默认 2.没什么用，一般用0

• 任务的创建方法

  • 同步执行任务的创建方法：dispatch_sync

  • 异步执行任务创建方法：dispatch_async

  • 队列&任务组合方式

    • 1.同步执行 + 并发队列
    • 2.异步执行 + 并发队列
    • 3.同步执行 + 串行队列
    • 4.异步执行 + 串行队列
    • 5.同步执行 + 主队列
    • 6.异步执行 + 主队列

• GCD 线程间的通信 其他线程中先执行任务，执行完了之后回到主线程执行主线程的相应操作

• GCD 的其他方法

  • 栅栏方法：dispatch_barrier_async 并发队列在执行完栅栏前面的操作之后，才执行栅栏操作，最后再执行栅栏后边的操作
  • 延时执行方法：dispatch_after 主队列时间不精确
  • 一次性代码（只执行一次）：dispatch_once保证线程安全且只执行一次
  • 快速迭代：dispatch_apply指定的次数for循环的做法是每次取出一个元素，逐个遍历。dispatch_apply可以同时遍历多个元素
  • 队列组：dispatch_group 全局并发队列notify返回指定线程执行任务，一般是主线程
  • 信号量：dispatch_semaphore持有计数的信号，计数为0时等待，计数为1或大于1时，计数减1并执行
    • 保持线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务
    • 保证线程安全，为线程加锁

GCD在后台执行一个任务，小任务定时器，实现步骤：

• 获取全局并发队列dispatch_get_global_queue
• 将获取到的全局并发队列作为参数，创建队列dispatch_source_create
• 设置定时器dispatch_source_set_timer
• 设置响应分派源事件的block，在分派源指定的队列上运行dispatch_source_set_event_handler
• 开始执行派发源dispatch_resume

实现一个GCD的线程池

一个简单线程池至少包含下列组成部分:

• 线程池管理器（ThreadPoolManager）:用于创建并管理线程池线程池管理器至少有下列功
  • 创建线程池
  • 销毁线程池
  • 添加新任务
• 工作线程（WorkThread）: 线程池中线程一个可以循环执行任务的线程，在没有任务时将等待
• 任务接口（Task）:每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等
• 任务队列:用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制优化：
  • 动态增加工作线程
  • 优化工作线程数目

写出GCD的执行结果

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// 题目：写出NSLog的打印结果（来自美团 GCD 面试题）
__block int a = 0;
while (a < 5) {
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        a++;
    });
}
NSLog(@"输出: %d", a);

// 答案：
// 输出结果为：a >= 5
// 原因：while循环内部执行并发耗时任务，ARC环境下，一旦Block赋值就会触发copy，__block就会copy到堆上，所以当执行a++时，Block外部也能访问到改变后的值；当a不满足循环条件而跳出时，并发任务可能仍在只执行，此时仍然会改变a的值，鉴于不同机器的CPU和线程差异影响，所以最终输出结果会大于等于5
// 注意：a的输出值结果是a>=5，但是a的实际结果会远远大于5（NSLog输出完成后，并发耗时任务可能尚未完全结束）

NSOpration 和 NSOperationQueue

简介

NSOperation和NSOperationQueue是基于GCD的更高一层的封装，分别对应GCD的任务和队列，完全地面向对象。

但是比GCD更简单易用、代码可读性也更高。NSOperation和NSOperationQueue对比GCD会带来一点额外的系统开销，但是可以在多个操作Operation中添加附属。

GCD与NSOpration的区别

• 设置依赖关系
• 设置监听进度
• 设置优先级
• 还能继承
• 可以取消准备执行的任务
• 比GCD会带来一点额外的系统开销
• 比GCD更简单易用、代码可读性也更高

如何使用

可以通过start方法直接启动NSOperation子类对象，并且默认同步执行任务，将NSOperation子类对象添加到NSOperationQueue中，该队列默认并发的调度任务。

开启操作的方式

开启操作有二种方式，一是通过start方法直接启动操作，该操作默认同步执行，二是将操作添加到NSOperationQueue中，然后由系统从队列中获取操作然后添加到一个新线程中执行，这些操作默认并发执行。

具体实现

• 方式一：直接由NSOperation子类对象启动。 首先将需要执行的操作封装到NSOperation子类对象中，然后该对象调用Start方法。
• 方式二：当添加到NSOperationQueue对象中，由该队列对象启动操作。
  • 将需要执行的操作封装到NSOperation子类对象中
  • 将该对象添加到NSOperationQueue中
  • 系统将NSOperation子类对象从NSOperationQueue中取出
  • 将取出的操作放到一个新线程中执行

使用队列来执行操作，分为2个阶段：第一阶段：添加到线程队列的过程，是上面的步骤1和2。第二阶段：系统自动从队列中取出线程，并且自动放到线程中执行，是上面的步骤3和4。

NSOperation

NSOperation是一个和任务相关的抽象类，不具备封装操作的能力，必须使用其子类。

NSOperation⼦类的方式有3种：

• 系统实现的具体子类：NSInvocationOperation
• 系统实现的具体子类：NSBlockOperation
• 自定义子类，实现内部相应的⽅法。该类是线程安全的，不必管理线程生命周期和同步等问题。

NSInvocationOperation子类

NSInvocationOperation类是NSOperation的一个具体子类，管理作为调用指定的单个封装任务执行的操作。这个类实现了一个非并发操作。方法属性无论使用该子类的哪个在初始化的方法，都会在添加一个任务。 和NSBlockOperation子类不同的是，因为没有额外添加任务的方法，使用NSInvocationOperation创建的对象只会有一个任务。

创建操作对象的方式

• 使用initWithTarget:selector:object:创建sel参数是一个或0个的操作对象
• 使用initWithInvocation:方法，添加sel参数是0个或多个操作对象。

在未添加到队列的情况下，创建操作对象的过程中不会开辟线程，会在当前线程中执行同步操作。创建完成后，直接调用start方法，会启动操作对象来执行，或者添加到NSOperationQueue队列中。

默认情况下，调用start方法不会开辟一个新线程去执行操作，而是在当前线程同步执行任务。只有将其放到一个NSOperationQueue中，才会异步执行操作。

NSBlockOperation子类

NSBlockOperation类是NSOperation的一个具体子类，它管理一个或多个块的并发执行。可以使用此对象一次执行多个块，而不必为每个块创建单独的操作对象。当执行多个块时，只有当所有块都完成执行时，才认为操作本身已经完成。

添加到操作中的块(block)将以默认优先级分配到适当的工作队列。

创建操作对象的方式

• 可以通过blockOperationWithBlock:创建NSBlockOperation对象，在创建的时候也添加一个任务。如果想添加更多的任务，可以使用addExecutionBlock:方法。
• 也可以通过init:创建NSBlockOperation对象。但是这种创建方式并不会在创建对象的时候添加任务，同样可以使用addExecutionBlock:方法添加任务。

对于启动操作和NSInvocationOperation类一样，都可以通过调用start方法和添加NSOperationQueue中来执行操作。

自定义子类

一般类NSInvocationOperation、NSBlockOperation就可以满足使用需要，当然还可以自己自定义子类。

创建的子类时，需要考虑到可能会添加到串行和并发队列的不同情况，需要重写不同的方法。对于串行操作，仅仅需要重新main方法就行，在这个方法中添加想要实现的功能。对于并发操作，重写四个方法：start、asynchronous、executing、finished。并且需要自己创建自动释放池，因为异步操作无法访问主线程的自动释放池。

注意：在自定义子类时，经常通过cancelled属性检查方法是否取消，并且对取消的做出响应。

线程安全

在NSOperation实例在多线程上执行是安全的，不需要添加额外的锁。

NSThread

NSThread是 Apple 官方提供面向对象操作线程的技术。有点事简单方便，可以直接操作线程对象，缺点是需要自己手动控制线程的生命周期。

NSThread 能做的事情几乎都可以被 GCD 或 NSOperation 代替，使用场景较少，所以只做概念上的了解即可。

基本属性

线程字典

threadDictionary ，每个线程都维护了一个 key-value 的字典,它可以在线程里面的任何地方被访问。 你可以使用该字典来保存一些信息,这些信息在整个线程的执行过程中都保持不变。 比如，你可以使用它来存储在你的整个线程过程中 Run loop 里面多次迭代的状态信息。

线程优先级

threadPriority ，NSThread 可以手动设置线程的优先级。

线程名称

name ，NSThread 可以手动设置每个线程的名称。

栈大小

stackSize ，NSThread 可以手动设置线程使用栈区大小，默认是512K。

线程执行

NSThread 可以手动取消、结束正在执行的线程，以及判断线程的当前执行状态。