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[Cocoa]深入淺出 Cocoa 之多線程 NSThread
深入淺出 Cocoa 之多線程 NSThread
羅朝輝(http://blog.csdn.net/kesalin
CC 許可,轉載請注明出處

iOS 支持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(jù)抽象層次從低到高依次列出iOS所支持的多線程編程范式:
1, Thread;
2, Cocoa operations;
3, Grand Central Dispatch (GCD) (iOS4 才開始支持)

下面簡要說明這三種不同范式:
Thread 是這三種范式里面相對輕量級的,但也是使用起來最復雜的,你需要自己管理thread的生命周期,線程之間的同步。線程共享同一應用程序的部分內(nèi)存空間,它們擁有對數(shù)據(jù)相同的訪問權限。你得協(xié)調(diào)多個線程對同一數(shù)據(jù)的訪問,一般做法是在訪問之前加鎖,這會導致一定的性能開銷。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: 來創(chuàng)建一個線程。如果你選擇thread來實現(xiàn)多線程,那么 NSThread 就是官方推薦優(yōu)先選用的方式。
POSIX threads: 基于 C 語言的一個多線程庫,

Cocoa operations是基于 Obective-C實現(xiàn)的,類 NSOperation 以面向對象的方式封裝了用戶需要執(zhí)行的操作,我們只要聚焦于我們需要做的事情,而不必太操心線程的管理,同步等事情,因為NSOperation已經(jīng)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 提供了兩種默認實現(xiàn):NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation。

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

有了上面的總體框架,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,包括創(chuàng)建,啟動,同步,通信等相關知識。這些與 win32/Java 下的 thread 使用非常相似。

線程創(chuàng)建與啟動
NSThread的創(chuàng)建主要有兩種直接方式:
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(myThreadMainMethod:) toTarget:self withObject:nil];

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

這兩種方式的區(qū)別是:前一種一調(diào)用就會立即創(chuàng)建一個線程來做事情;而后一種雖然你 alloc 了也 init了,但是要直到我們手動調(diào)用 start 啟動線程時才會真正去創(chuàng)建線程。這種延遲實現(xiàn)思想在很多跟資源相關的地方都有用到。后一種方式我們還可以在啟動線程之前,對線程進行配置,比如設置 stack 大小,線程優(yōu)先級。

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: 來創(chuàng)建一個線程:
[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(tǒng)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(shù)是以 OSAtomic開頭的,比如:OSAtomicAdd32, OSAtomicOr32等等。這些函數(shù)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(xié)議,我們可以使用 lock, tryLock, lockBeforeData:來加鎖,用 unLock來解鎖。使用示例:
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創(chuàng)建NSLock,加鎖并解鎖相關代碼。
- (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:循環(huán)鎖NSRecursiveLock,條件鎖NSConditionLock,分布式鎖NSDistributedLock等等,在這里就不一一介紹了,大家去看官方文檔吧。


用NSCodition同步執(zhí)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(zhí)行的順序。它與 mutex 的區(qū)別在于更加精準,等待某個 NSCondtion 的線程一直被 lock,直到其他線程給那個 condition 發(fā)送了信號。下面我們來看使用示例:

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(fā)送信號通知上面的線程可以做事情了:
[cocoaCondition lock];
timeToDoWork++;
[cocoaCondition signal];
[cocoaCondition unlock];


線程間通信
線程在運行過程中,可能需要與其它線程進行通信。我們可以使用 NSObject 中的一些方法:
在應用程序主線程中做事情:
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(fā)送給當前線程的某個消息
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

如在我們在某個線程中下載數(shù)據(jù),下載完成之后要通知主線程中更新界面等等,可以使用如下接口:- (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系相當緊密的 NSRunLoop。Run loop 相當于 win32 里面的消息循環(huán)機制,它可以讓你根據(jù)事件/消息(鼠標消息,鍵盤消息,計時器消息等)來調(diào)度線程是忙碌還是閑置。
系統(tǒng)會自動為應用程序的主線程生成一個與之對應的 run loop 來處理其消息循環(huán)。在觸摸 UIView 時之所以能夠激發(fā) touchesBegan/touchesMoved 等等函數(shù)被調(diào)用,就是因為應用程序的主線程在 UIApplicationMain 里面有這樣一個 run loop 在分發(fā) input 或 timer 事件。


參考資料:
NSRunLoop概述和原理:http://xubenyang.me/384

官方文檔:http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/Cocoa/Conceptual/Multithreading/


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