• [iOS]-pthread、NSThread


    参考的博客:

    iOS多线程:『pthread、NSThread』详尽总结

    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
    
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    pthread 使用方法

    1. 首先要包含头文件#import
    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;
    }
    
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    • 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
    
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    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]);
    }
    
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    • 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]);
    }
    
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    • 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]);
    }
    
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    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;    
    
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    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
    
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    • 阻塞(暂停)线程方法:
    + (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;
    + (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)ti;
    // 线程进入阻塞状态
    
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    • 强制停止线程:
    + (void)exit;
    // 线程进入死亡状态
    
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    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;
    
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    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;
            }
        }
    }
    
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    运行结果如下:
    请添加图片描述
    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/ge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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    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。

    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:
    请添加图片描述
    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:
    请添加图片描述
    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
    请添加图片描述
    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方法或者等待同步锁,则当前线程对象就进入了阻塞状态,等到sleep到时或者得到同步锁,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或者异常强制退出,则当前线程对象进入死亡状态

    具体当前线程对象的状态变化如下图所示:
    请添加图片描述

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/m0_52192682/article/details/126101850