前言
Pthread，NSThread，GCD和NSOperation是iOS中多線程的四種實現(xiàn)方案。
一.進程和線程
1.進程
進程是指在操作系統(tǒng)中正在運行的一個程序。每個進程之間是獨立的，每個進程均運行在其專用且受保護的內(nèi)存空間內(nèi)。
2.線程
一個進程要想執(zhí)行任務(wù)，必須得有線程（每1個進程至少要有1條線程）
線程是進程的基本執(zhí)行單元，一個進程（程序）的所有任務(wù)都在線程中執(zhí)行
2.多線程的原理
同一時間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執(zhí)行）
多線程并發(fā)（同時）執(zhí)行，其實是CPU快速地在多條線程之間調(diào)度（切換）
多線程是為了同步完成多項任務(wù)，不是為了提高運行效率，而是為了提高資源使用效率來提高系統(tǒng)的效率。線程是在同一時間需要完成多項任務(wù)的時候?qū)崿F(xiàn)的。
多線程（multithreading），是指從軟件或者硬件上實現(xiàn)多個線程并發(fā)執(zhí)行的技術(shù)。具有多線程能力的計算機因有硬件支持而能夠在同一時間執(zhí)行多于一個線程，進而提升整體處理性能。
原理：
同一時間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在工作（執(zhí)行）
多線程并發(fā)（同時）執(zhí)行，其實是CPU快速地在多條線程之間調(diào)度（切換）
如果CPU調(diào)度線程的時間足夠快，就造成了多線程并發(fā)執(zhí)行的假象
注意：多線程并發(fā)，并不是cpu在同一時刻同時執(zhí)行多個任務(wù)，只是CPU調(diào)度足夠快，造成的假象。
優(yōu)點：
能適當(dāng)提高程序的執(zhí)行效率
能適當(dāng)提高資源利用率（CPU、內(nèi)存利用率）
缺點：
1.開啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間（默認(rèn)情況下，主線程占用1M，子線程占用512KB），如果開啟大量的線程，會占用大量的內(nèi)存空間，降低程序的性能
2.線程越多，CPU在調(diào)度線程上的開銷就越大
如果CPU調(diào)度線程的時間足夠快，就造成了多線程并發(fā)執(zhí)行的假象
思考：如果線程非常非常多，會發(fā)生什么情況？
CPU會在N多線程之間調(diào)度，CPU會累死，消耗大量的CPU資源
每條線程被調(diào)度執(zhí)行的頻次會降低（線程的執(zhí)行效率降低）
3.多線程的優(yōu)缺點
多線程的優(yōu)點
能適當(dāng)提高程序的執(zhí)行效率
能適當(dāng)提高資源利用率（CPU、內(nèi)存利用率）
多線程的缺點
開啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間（默認(rèn)情況下，主線程占用1M，子線程占用512KB），如果開啟大量的線程，會占用大量的內(nèi)存空間，降低程序的性能
線程越多，CPU在調(diào)度線程上的開銷就越大
程序設(shè)計更加復(fù)雜：比如線程之間的通信、多線程的數(shù)據(jù)共享
4.多線程在iOS開發(fā)中的應(yīng)用
主線程:一個iOS程序運行后，默認(rèn)會開啟1條線程，稱為“主線程”或“UI線程”
主線程的主要作用
顯示\刷新UI界面
處理UI事件（比如點擊事件、滾動事件、拖拽事件等）
主線程的使用注意:別將比較耗時的操作放到主線程中。
耗時操作會卡住主線程，嚴(yán)重影響UI的流暢度，給用戶一種“卡”的壞體驗
NSThread創(chuàng)建線程
NSOperation和NSOperationQueue的基本使用
創(chuàng)建任務(wù)
創(chuàng)建隊列
將任務(wù)加入到隊列中
控制串行執(zhí)行和并行執(zhí)行的關(guān)鍵
操作依賴
其它方法
一、創(chuàng)建和啟動線程
一個NSThread對象就代表一條線程
創(chuàng)建、啟動線程
(1) NSThread *thread = [NSThread detachNewThreadSelector:self selector:@selector(run) object:nil];
//?線程一啟動，就會在線程thread中執(zhí)行self的run方法
主線程相關(guān)用法
+ (NSThread?*)mainThread;
- (BOOL)isMainThread;
其它用法
獲得當(dāng)前線程
NSThread?*current = [NSThread?currentThread];
線程的調(diào)度優(yōu)先級：調(diào)度優(yōu)先級的取值范圍是0.0 ~ 1.0，默認(rèn)0.5，值越大，優(yōu)先級越高
+ (double)threadPriority;
+ (BOOL)setThreadPriority:(double)p;
設(shè)置線程的名字
- (void)setName:(NSString?*)n;
- (NSString?*)name;
其它創(chuàng)建線程的方式
(2)創(chuàng)建線程后自動啟動線程[NSThread?detachNewThreadSelector:@selector(run)?toTarget:self?withObject:nil];
(3)隱式創(chuàng)建并啟動線程[self?performSelectorInBackground:@selector(run)?withObject:nil];
上述兩種創(chuàng)建線程方式的優(yōu)缺點
優(yōu)點：簡單快捷
缺點：無法對線程進行更詳細(xì)的設(shè)置
?NSOperation簡介
NSOperation是蘋果提供給我們的一套多線程解決方案。實際上NSOperation是基于GCD更高一層的封裝，比GCD更簡單易用、代碼可讀性更高。
NSOperation需要配合NSOperationQueue來實現(xiàn)多線程。因為默認(rèn)情況下，NSOperation單獨使用時系統(tǒng)同步執(zhí)行操作，并沒有開辟新線程的能力，只有配合NSOperationQueue才能實現(xiàn)異步執(zhí)行。
因為NSOperation是基于GCD的，那么使用起來也和GCD差不多，其中，NSOperation相當(dāng)于GCD中的任務(wù)，而NSOperationQueue則相當(dāng)于GCD中的隊列。NSOperation實現(xiàn)多線程的使用步驟分為以下三步：
創(chuàng)建任務(wù)：先將需要執(zhí)行的操作封裝到一個NSOperation對象中。
創(chuàng)建隊列：創(chuàng)建NSOperationQueue對象。
將任務(wù)加入到隊列中：然后將NSOperation對象添加到NSOperationQueue中。
然后呢，系統(tǒng)就會自動將NSOperationQueue中的NSOperation取出來，在新線程中執(zhí)行操作。
下面我們來學(xué)習(xí)下NSOperation和NSOperationQueue的基本使用。
2.NSOperation和NSOperationQueue的基本使用
1. 創(chuàng)建任務(wù)
NSOperation是個抽象類，并不能封裝任務(wù)。我們只有使用它的子類來封裝任務(wù)。我們有三種方式來封裝任務(wù)。
使用子類NSInvocationOperation
使用子類NSBlockOperation
定義繼承自NSOperation的子類，通過實現(xiàn)內(nèi)部相應(yīng)的方法來封裝任務(wù)。
在不使用NSOperationQueue，單獨使用NSOperation的情況下系統(tǒng)同步執(zhí)行操作，下面我們學(xué)習(xí)以下任務(wù)的三種創(chuàng)建方式。
線程安全：
一、多線程的安全隱患
資源共享
1塊資源可能會被多個線程共享，也就是多個線程可能會訪問同一塊資源
比如多個線程訪問同一個對象、同一個變量、同一個文件
當(dāng)多個線程訪問同一塊資源時，很容易引發(fā)數(shù)據(jù)錯亂和數(shù)據(jù)安全問題
三、問題解決
互斥鎖使用格式
@synchronized(鎖對象)?{ 需要鎖定的代碼}
注意：鎖定一份代碼只用一把鎖，用多把鎖是無效的
互斥鎖的優(yōu)缺點
優(yōu)點：能有效防止因多線程搶奪資源造成的數(shù)據(jù)安全問題
缺點：需要消耗大量的CPU資源
互斥鎖的使用前提：多條線程搶奪同一塊資源
相關(guān)專業(yè)術(shù)語：線程同步,多條線程按順序地執(zhí)行任務(wù)
互斥鎖，就是使用了線程同步技術(shù)
四：原子和非原子屬性
OC在定義屬性時有nonatomic和atomic兩種選擇
atomic：原子屬性，為setter方法加鎖（默認(rèn)就是atomic）
nonatomic：非原子屬性，不會為setter方法加鎖
atomic加鎖原理
原子和非原子屬性的選擇
nonatomic和atomic對比
atomic：線程安全，需要消耗大量的資源
nonatomic：非線程安全，適合內(nèi)存小的移動設(shè)備
iOS開發(fā)的建議
所有屬性都聲明為nonatomic
盡量避免多線程搶奪同一塊資源
盡量將加鎖、資源搶奪的業(yè)務(wù)邏輯交給服務(wù)器端處理，減小移動客戶端的壓力
線程間的通信
一、簡單說明
線程間通信：在1個進程中，線程往往不是孤立存在的，多個線程之間需要經(jīng)常進行通信
線程間通信的體現(xiàn)
一個線程傳遞數(shù)據(jù)給其它線程
在1個線程中執(zhí)行完特定任務(wù)后，轉(zhuǎn)到另1個線程繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)
線程間通信常用方法
-?(void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector?withObject:(id)arg?waitUntilDone:(BOOL)wait;
-?(void)performSelector:(SEL)aSelector?onThread:(NSThread?*)thr?withObject:(id)arg?waitUntilDone:(BOOL)wait;
NSOperation的使用
一、NSOperation簡介
1.簡單說明
NSOperation的作?：配合使用NSOperation和NSOperationQueue也能實現(xiàn)多線程編程
NSOperation和NSOperationQueue實現(xiàn)多線程的具體步驟：
（1）先將需要執(zhí)行的操作封裝到一個NSOperation對象中
（2）然后將NSOperation對象添加到NSOperationQueue中
（3）系統(tǒng)會?動將NSOperationQueue中的NSOperation取出來
（4）將取出的NSOperation封裝的操作放到?條新線程中執(zhí)?
2.NSOperation的子類
NSOperation是個抽象類,并不具備封裝操作的能力,需要使?它的子類NSBlockOperation和NSInvocationOperation
使用NSOperation?類的方式有3種：
（1）NSInvocationOperation
（2）NSBlockOperation
（3）自定義子類繼承NSOperation,實現(xiàn)內(nèi)部相應(yīng)的?法
二、 具體說明
1.NSInvocationOperation子類
創(chuàng)建對象和執(zhí)行操作：
注意：操作對象默認(rèn)在主線程中執(zhí)行，只有添加到隊列中才會開啟新的線程。即默認(rèn)情況下，如果操作沒有放到隊列中queue中，都是同步執(zhí)行。只有將NSOperation放到一個NSOperationQueue中,才會異步執(zhí)行操作
2.NSBlockOperation子類
創(chuàng)建對象和添加操作：
注意:只要NSBlockOperation封裝的操作數(shù) > 1,就會異步執(zhí)行操作
3.NSOperationQueue
NSOperationQueue的作?：NSOperation可以調(diào)?start?法來執(zhí)?任務(wù),但默認(rèn)是同步執(zhí)行的
如果將NSOperation添加到NSOperationQueue(操作隊列)中,系統(tǒng)會自動異步執(zhí)行NSOperation中的操作
添加操作到NSOperationQueue中，自動執(zhí)行操作，自動開啟線程
- (void)addOperation:(NSOperation *)op;
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
注意：系統(tǒng)自動將NSOperationqueue中的NSOperation對象取出，將其封裝的操作放到一條新的線程中執(zhí)行。
提示：隊列的取出是有順序的，與打印結(jié)果并不矛盾。
NSOperation的基本操作
一、并發(fā)數(shù)
（1）并發(fā)數(shù):同時執(zhí)?行的任務(wù)數(shù).比如,同時開一個線程執(zhí)行三個任務(wù),線程的并發(fā)數(shù)量是三
（2）最大并發(fā)數(shù)：同一時間最多只能執(zhí)行的任務(wù)的個數(shù)。
（3）最?大并發(fā)數(shù)的相關(guān)?方法
- (NSInteger)maxConcurrentOperationCount;
- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;
?Note：如果沒有設(shè)置最大并發(fā)數(shù)，那么并發(fā)的個數(shù)是由系統(tǒng)內(nèi)存和CPU決定的，可能內(nèi)存多久開多一點，內(nèi)存少就開少一點。
Note：num的值并不代表線程的個數(shù)，僅僅代表線程的ID。
提示：最大并發(fā)數(shù)不要亂寫（5以內(nèi)），不要開太多，一般以2~3為宜，因為雖然任務(wù)是在子線程進行處理的，但是cpu處理這些過多的子線程可能會影響UI，讓UI卡頓。
二、隊列的取消，暫停和恢復(fù)
（1）取消隊列的所有操作
- (void)cancelAllOperations;
提?:也可以調(diào)用NSOperation的- (void)cancel?法取消單個操作
（2）暫停和恢復(fù)隊列
- (void)setSuspended:(BOOL)b; // YES代表暫停隊列,NO代表恢復(fù)隊列
- (BOOL)isSuspended; //當(dāng)前狀態(tài)
（3）暫停和恢復(fù)的適用場合：在tableview界面，開線程下載遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)界面，對UI會有影響，使用戶體驗變差。那么這種情況，就可以設(shè)置在用戶操作UI（如滾動屏幕）的時候，暫停隊列（不是取消隊列），停止?jié)L動的時候，恢復(fù)隊列。
三、操作優(yōu)先級
（1）設(shè)置NSOperation在queue中的優(yōu)先級,可以改變操作的執(zhí)?優(yōu)先級
- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;
- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;
（2）優(yōu)先級的取值
NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
NSOperationQueuePriorityNormal = 0,
NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
說明：優(yōu)先級高的任務(wù)，調(diào)用的幾率會更大。
四、操作依賴
（1）NSOperation之間可以設(shè)置依賴來保證執(zhí)行順序，?如一定要讓操作A執(zhí)行完后,才能執(zhí)行操作B,可以像下面這么寫
[operationB addDependency:operationA]; // 操作B依賴于操作
（2）可以在不同queue的NSOperation之間創(chuàng)建依賴關(guān)系
注意：不能循環(huán)依賴（不能A依賴于B，B又依賴于A）。
A做完再做B，B做完才做C。
注意：一定要在添加之前，進行設(shè)置。
提示：任務(wù)添加的順序并不能夠決定執(zhí)行順序，執(zhí)行的順序取決于依賴。使用Operation的目的就是為了讓開發(fā)人員不再關(guān)心線程。
5.操作的監(jiān)聽
可以監(jiān)聽一個操作的執(zhí)行完畢
- (void (^)(void))completionBlock;
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;
代碼示例
第一種方式：可以直接跟在任務(wù)后面編寫需要完成的操作，如這里在下載圖片后，然后下載第二張圖片。但是這種寫法有的時候把兩個不相關(guān)的操作寫到了一個代碼塊中，代碼的可閱讀性不強。
2. 創(chuàng)建隊列
和GCD中的并發(fā)隊列、串行隊列略有不同的是：NSOperationQueue一共有兩種隊列：主隊列、其他隊列。其中其他隊列同時包含了串行、并發(fā)功能。下邊是主隊列、其他隊列的基本創(chuàng)建方法和特點。
主隊列
只要是添加到主隊列中的任務(wù)（NSOperation），都會放到主線程中執(zhí)行
其它隊列
添加到這種隊列中的任務(wù)（NSOperation），就會自動放到子線程中執(zhí)行
同時包含了：串行、并發(fā)功能NSOperationQueue *queue =[[NSOperationQueue alloc] init];
將任務(wù)加入到隊列中
前邊說了，NSOperation需要配合NSOperationQueue來實現(xiàn)多線程。
那么我們需要將創(chuàng)建好的任務(wù)加入到隊列中去?？偣灿袃煞N方法
- (void)addOperation:(NSOperation *)op;
需要先創(chuàng)建任務(wù)，再將創(chuàng)建好的任務(wù)加入到創(chuàng)建好的隊列中
可以看出：NSInvocationOperation和NSOperationQueue結(jié)合后能夠開啟新線程，進行并發(fā)執(zhí)行NSBlockOperation和NSOperationQueue也能夠開啟新線程，進行并發(fā)執(zhí)行。
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block;
無需先創(chuàng)建任務(wù)，在block中添加任務(wù)，直接將任務(wù)block加入到隊列中。
可以看出addOperationWithBlock:和NSOperationQueue能夠開啟新線程，進行并發(fā)執(zhí)行。
3. 控制串行執(zhí)行和并行執(zhí)行的關(guān)鍵
之前我們說過，NSOperationQueue創(chuàng)建的其他隊列同時具有串行、并發(fā)功能，上邊我們演示了并發(fā)功能，則他的串行功能是如何實現(xiàn)的？
這里有個關(guān)鍵參數(shù)maxConcurrentOperationCount，叫做最大并發(fā)數(shù)。
最大并發(fā)數(shù)：maxConcurrentOperationCount
maxConcurrentOperationCount默認(rèn)情況下為-1，表示不進行限制，默認(rèn)為并發(fā)執(zhí)行。
當(dāng)maxConcurrentOperationCount為1時，進行串行執(zhí)行。
當(dāng)maxConcurrentOperationCount大于1時，進行并發(fā)執(zhí)行，當(dāng)然這個值不應(yīng)超過系統(tǒng)限制，即使自己設(shè)置一個很大的值，系統(tǒng)也會自動調(diào)整。
可以看出：當(dāng)最大并發(fā)數(shù)為1時，任務(wù)是按順序串行執(zhí)行的。當(dāng)最大并發(fā)數(shù)為2時，任務(wù)是并發(fā)執(zhí)行的。而且開啟線程數(shù)量是由系統(tǒng)決定的，不需要程序員管理。
4. 操作依賴
NSOperation和NSOperationQueue最吸引人的地方是它能添加操作之間的依賴關(guān)系。例如有blockOperation和blockOperationed兩個操作，其中blockOperation執(zhí)行完操作，blockOperationed才能執(zhí)行操作，那么就需要讓blockOperationed依賴于blockOperation。具體如下：
5. 其它方法
- (void)cancel;NSOperation提供的方法，可取消單個操作
- (void)cancelAllOperations;NSOperationQueue提供的方法，可以取消隊列的所有操作
- (void)setSuspended:(BOOL)b;可設(shè)置任務(wù)的暫停和恢復(fù)，YES代表暫停隊列，NO代表恢復(fù)隊列
- (BOOL)isSuspended;判斷暫停狀態(tài)
Note：
這里的暫停和取消并不代表可以將當(dāng)前的操作立即取消，而是當(dāng)當(dāng)前的操作執(zhí)行完畢之后不再執(zhí)行新的操作。
暫停和取消的區(qū)別就在于：暫停操作之后還可以恢復(fù)操作，繼續(xù)向下執(zhí)行；而取消操作之后，所有的操作就清空了，無法再接著執(zhí)行剩下的操作。
iOS GCD實現(xiàn)最大并發(fā)數(shù)
作iOS開發(fā)時，使用GCD控制同一條線程中的最大并發(fā)數(shù)，不可能是一直往同一條線程中添加任務(wù)。這個時候就用到的GCD中的信號量控制機制－－dispatch_semaphore_create。
創(chuàng)建信號量的方式:
(1)dispatch_semaphore_creat SignalCount = dispatch_semaphore_creat(10).
這個地方后面的這個10，是一個整數(shù)，可以是1，2，3，。。。表示在信號等待的時候，下一次收到的的信號量，說白了，就是這個數(shù)字控制的最大并發(fā)數(shù)。
(2)dispatch_semaphore_signal( ),這是一句表示信號通知。表示在信號等待的時候，收到的下一個信號量。一般是一個“信號量對象”。
(3)dispatch_semaphore_wait(參數(shù)一，參數(shù)二 )，這一句表示信號等待。
一般參數(shù)一會放一個信號對象，就是我們建立的那個，如果這個對列的信號量小于0的時候，就會一直等待下去。
參數(shù)二的值一般是 DISPATCH_TIME_FOREVER 和 DISPATCH_TIME_NOW
