iOS多线程——pthread、NSThread

news2024/12/27 11:56:48

pthread NSThread

  • 多线程的常见方案
  • pthread
    • pthread 简介
    • pthread 使用方法
    • pthread 其他相关方法
  • NSThread
    • 创建、启动线程
    • 线程相关用法
    • 线程状态控制方法
    • 线程之间的通信
    • NSThread 线程安全和线程同步
      • NSThread 非线程安全
      • NSThread 线程安全

多线程的常见方案

技术方案特点使用语言线程生命周期使用频率
pthread一套通用的多线程API
适用于Windows/Linux/Unix等系统
跨平台/可移植
使用难度大		C程序员管理几乎不用
NSThread使用更加面向对象
简单易用，可直接操作线程对象		OC程序员管理偶尔使用
GCD旨在替代NSThread等线程技术
充分利用设备的多核		C自动管理经常使用
NSOperation基于CGD(底层是GCD)
比GCD多了一些更简单实用的功能
使用更加面向对象		OC自动管理经常使用

pthread

pthread 简介

pthread 是一套通用的多线程的 API，可以在Unix / Linux / Windows 等系统跨平台使用，使用 C 语言编写，需要程序员自己管理线程的生命周期，使用难度较大，我们在 iOS 开发中几乎不使用 pthread，但是还是来可以了解一下的

POSIX 线程（POSIX threads），简称 Pthreads，是线程的 POSIX 标准。该标准定义了创建和操纵线程的一整套 API。在类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）中，都使用 Pthreads 作为操作系统的线程。Windows 操作系统也有其移植版 pthreads-win32

pthread 使用方法

  1. 首先要包含头文件#import <pthread.h>
  2. 其次要创建线程，并开启线程执行任务
// 1. 创建线程: 定义一个pthread_t类型变量
pthread_t thread;
// 2. 开启线程: 执行任务
pthread_create(&thread, NULL, run, NULL);
// 3. 设置子线程的状态设置为 detached，该线程运行结束后会自动释放所有资源
pthread_detach(thread);

void * run(void *param)    // 新线程调用方法，里边为需要执行的任务
{
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);

    return NULL;
}
  • pthread_create(&thread, NULL, run, NULL); 中各项参数含义：
  • 第一个参数&thread是线程对象，指向线程标识符的指针
  • 第二个是线程属性，可赋值NULL
  • 第三个run表示指向函数的指针(run对应函数里是需要在新线程中执行的任务)
  • 第四个是运行函数的参数，可赋值NULL

pthread 其他相关方法

pthread_create() //创建一个线程
pthread_exit() //终止当前线程
pthread_cancel() //中断另外一个线程的运行
pthread_join() //阻塞当前的线程，直到另外一个线程运行结束
pthread_attr_init() //初始化线程的属性
pthread_attr_setdetachstate() //设置脱离状态的属性（决定这个线程在终止时是否可以被结合）
pthread_attr_getdetachstate() //获取脱离状态的属性
pthread_attr_destroy() //删除线程的属性
pthread_kill() //向线程发送一个信号

NSThread

NSThread 是苹果官方提供的，使用起来比 pthread 更加面向对象，简单易用，可以直接操作线程对象。不过也需要需要程序员自己管理线程的生命周期(主要是创建)，我们在开发的过程中偶尔使用 NSThread。比如我们会经常调用[NSThread currentThread]来显示当前的进程信息。

下边我们说说NSThread如何使用。

创建、启动线程

先创建线程，再启动线程：

// 1. 创建线程
NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
// 2. 启动线程
[thread start];    // 线程一启动，就会在线程thread中执行self的run方法

// 新线程调用方法，里边为需要执行的任务
- (void)run {
     NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}

创建线程后自动启动线程：

// 1. 创建线程后自动启动线程
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];

// 新线程调用方法，里边为需要执行的任务
- (void)run {
     NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}

隐式创建并启动线程：

// 1. 隐式创建并启动线程
[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:nil];

// 新线程调用方法，里边为需要执行的任务
- (void)run {
     NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
}

线程相关用法

// 获得主线程
+ (NSThread *)mainThread;    

// 判断是否为主线程(对象方法)
- (BOOL)isMainThread;

// 判断是否为主线程(类方法)
+ (BOOL)isMainThread;    

// 获得当前线程
NSThread *current = [NSThread currentThread];

// 线程的名字——setter方法
- (void)setName:(NSString *)n;    

// 线程的名字——getter方法
- (NSString *)name;

线程状态控制方法

启动线程方法：

- (void)start;
// 线程进入就绪状态 -> 运行状态。当线程任务执行完毕，自动进入死亡状态

阻塞（暂停）线程方法：

+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
// 线程进入阻塞状态

强制停止线程：

+ (void)exit;
// 线程进入死亡状态

线程之间的通信

在开发中，我们经常会在子线程进行耗时操作，操作结束后再回到主线程去刷新 UI。这就涉及到了子线程和主线程之间的通信。我们先来了解一下官方关于NSThread的线程间通信的方法：

// 在主线程上执行操作
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray<NSString *> *)array;
  // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes

// 在指定线程上执行操作
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

// 在当前线程上执行操作，调用 NSObject 的 performSelector:相关方法
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;

NSThread 线程安全和线程同步

  • 线程安全： 如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。
    若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；
    若有多个线程同时执行写操作（更改变量），一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
  • 线程同步： 可理解为线程 A 和 线程 B 一块配合，A 执行到一定程度时要依靠线程 B 的某个结果，于是停下来，示意 B 运行；B 依言执行，再将结果给 A；A 再继续操作。
  • 举个简单例子就是： 两个人在一起聊天。两个人不能同时说话，避免听不清(操作冲突)。等一个人说完(一个线程结束操作)，另一个再说(另一个线程再开始操作)。

下面，我们模拟火车票售卖的方式，实现 NSThread 线程安全和解决线程同步问题。

场景： 总共有50张火车票，有两个售卖火车票的窗口，一个是北京火车票售卖窗口，另一个是上海火车票售卖窗口。两个窗口同时售卖火车票，卖完为止。

NSThread 非线程安全

我们先来看一看不考虑线程安全的代码：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, assign) NSInteger ticketSurplusCount;
@end


- (void)initTicketStatusNotSafe {
    // 1. 设置剩余火车票为 50
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // 2. 设置北京火车票售卖窗口的线程
    NSThread *ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    ticketSaleWindow1.name = @"北京火车票售票窗口";
    
    // 3. 设置上海火车票售卖窗口的线程
    NSThread *ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    ticketSaleWindow2.name = @"上海火车票售票窗口";
    
    // 4. 开始售卖火车票
    [ticketSaleWindow1 start];
    [ticketSaleWindow2 start];

}

/**
 * 售卖火车票(非线程安全)
 */
- (void)saleTicketNotSafe {
    while (1) {
        //如果还有票，继续售卖
        if (self.ticketSurplusCount > 0) {
            self.ticketSurplusCount --;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        }
        //如果已卖完，关闭售票窗口
        else {
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            break;
        }
    }
}

在这里插入图片描述

可以看到在不考虑线程安全的情况下，得到票数是错乱的，这样显然不符合我们的需求，所以我们需要考虑线程安全问题。

NSThread 线程安全

线程安全解决方案：可以给线程加锁，在一个线程执行该操作的时候，不允许其他线程进行操作。iOS 实现线程加锁有很多种方式。@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/get等等各种方式。为了简单起见，这里不对各种锁的解决方案和性能做分析，只用最简单的@synchronized来保证线程安全，从而解决线程同步问题。

考虑线程安全的代码如下：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, assign) NSInteger ticketSurplusCount;
@end


- (void)initTicketStatusNotSafe {
    // 1. 设置剩余火车票为 50
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // 2. 设置北京火车票售卖窗口的线程
    NSThread *ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    ticketSaleWindow1.name = @"北京火车票售票窗口";
    
    // 3. 设置上海火车票售卖窗口的线程
    NSThread *ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
    ticketSaleWindow2.name = @"上海火车票售票窗口";
    
    // 4. 开始售卖火车票
    [ticketSaleWindow1 start];
    [ticketSaleWindow2 start];

}

/**
 * 售卖火车票(非线程安全)
 */
- (void)saleTicketNotSafe {
    while (1) {
        // 递归锁
        @synchronized (self) {
            //如果还有票，继续售卖
            if (self.ticketSurplusCount > 0) {
                self.ticketSurplusCount --;
                NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%ld 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread].name]);
                [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
            }
            //如果已卖完，关闭售票窗口
            else {
                NSLog(@"所有火车票均已售完");
                break;
            }
        }
    }
}

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