iOS多线程：NSThread (二)
NSThread 是苹果官方提供的，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。
1. 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]);
}
2. 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;
3. 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
4. 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;
下面通过一个经典的下载图片 DEMO 来展示线程之间的通信。具体步骤如下：
- 开启一个子线程，在子线程中下载图片。
- 回到主线程刷新 UI，将图片展示在 UIImageView 中。
DEMO 代码如下：
/**
* 创建一个线程下载图片
*/
- (void)downloadImageOnSubThread {
// 在创建的子线程中调用downloadImage下载图片
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downloadImage) toTarget:self withObject:nil];
}
/**
* 下载图片，下载完之后回到主线程进行 UI 刷新
*/
- (void)downloadImage {
NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);
// 1. 获取图片 imageUrl
NSURL *imageUrl = [NSURL URLWithString:@"https://img.gorpeln.top/gorpeln.png"];
// 2. 从 imageUrl 中读取数据(下载图片) -- 耗时操作
NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:imageUrl];
// 通过二进制 data 创建 image
UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
// 3. 回到主线程进行图片赋值和界面刷新
[self performSelectorOnMainThread:@selector(refreshOnMainThread:) withObject:image waitUntilDone:YES];
}
/**
* 回到主线程进行图片赋值和界面刷新
*/
- (void)refreshOnMainThread:(UIImage *)image {
NSLog(@"current thread -- %@", [NSThread currentThread]);
// 赋值图片到imageview
self.imageView.image = image;
}
5. 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。
2.5.1 NSThread 非线程安全
/**
* 初始化火车票数量、卖票窗口(非线程安全)、并开始卖票
*/
- (void)initTicketStatusNotSave {
// 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
self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
self.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
self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketNotSafe) object:nil];
self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火车票售票窗口";
// 4. 开始售卖火车票
[self.ticketSaleWindow1 start];
[self.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;
}
}
}
运行结果：
剩余票数：48 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：49 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：47 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：46 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：45 窗口：上海火车票售票窗口
......
剩余票数：3 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：1 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：1 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：0 窗口：北京火车票售票窗口
所有火车票均已售完
所有火车票均已售完
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。
2.5.2 NSThread 线程安全
/**
* 初始化火车票数量、卖票窗口(线程安全)、并开始卖票
*/
- (void)initTicketStatusSave {
// 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
self.ticketSaleWindow1 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketSafe) object:nil];
self.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
self.ticketSaleWindow2 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicketSafe) object:nil];
self.ticketSaleWindow2.name = @"上海火车票售票窗口";
// 4. 开始售卖火车票
[self.ticketSaleWindow1 start];
[self.ticketSaleWindow2 start];
}
/**
* 售卖火车票(线程安全)
*/
- (void)saleTicketSafe {
while (1) {
// 互斥锁
@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;
}
}
}
}
运行结果:
剩余票数：49 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：48 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：47 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：46 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：45 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：44 窗口：北京火车票售票窗口
剩余票数：43 窗口：上海火车票售票窗口
......
剩余票数：5 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：4 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：3 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：2 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：1 窗口：上海火车票售票窗口
剩余票数：0 窗口：上海火车票售票窗口
所有火车票均已售完
所有火车票均已售完
可以看出，在考虑了线程安全的情况下，加锁之后，得到的票数是正确的，没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。
2.6 线程的状态转换
当我们新建一条线程NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];，在内存中的表现为：
当调用[thread start];后，系统把线程对象放入可调度线程池中，线程对象进入就绪状态，如下图所示。
当然，可调度线程池中，会有其他的线程对象，如下图所示。在这里我们只关心左边的线程对象。
下边我们来看看当前线程的状态转换:
- 如果CPU现在调度当前线程对象，则当前线程对象进入运行状态，如果CPU调度其他线程对象，则当前线程对象回到就绪状态。
- 如果CPU在运行当前线程对象的时候调用了sleep方法\等待同步锁，则当前线程对象就进入了阻塞状态，等到sleep到时\得到同步锁，则回到就绪状态。
- 如果CPU在运行当前线程对象的时候线程任务执行完毕\异常强制退出，则当前线程对象进入死亡状态。
