IOS多线程编程指南

IOS多线程编程指南.该教程详细介绍了IOS下的多线程编程。本篇文档包含了以下章节和附录：  “关于多线程编程”介绍了多线程的概念和它们在应用设计里面的角色。  “线程管理”提供了关于Mac OS X上面线程技术的相关信息，并且教你如果使用它们。  “Run Loops”提供有关如何管理在辅助线程中的循环事件处理的信息。  “同步(Synchronization)”介绍同步问题和你可以用于阻止多线程破坏你的数据或者导致你程序崩溃的工具。  “线程安全总结”提供了Mac OS X和iOS上面固有的线程安全的高度总结和它们的主要框架### IOS多线程编程指南知识点概述####一、关于多线程编程**1.1什么是多线程**多线程是指在一个程序中同时运行多个执行序列的能力。每个执行序列称为一个“线程”。多线程允许应用程序在执行过程中进行更高效的资源利用，特别是在多核处理器环境下。例如，在下载数据的同时还可以处理用户界面的更新。 **1.2线程术语** - **线程**:单个进程中独立执行的任务或子任务。 - **并发**:多个线程或进程在同一时间间隔内执行。 - **同步**:控制多个线程之间的访问，以确保数据的一致性。 - **死锁**:两个或更多线程在执行过程中因争夺资源而造成的一种相互等待的现象。 - **互斥锁**:一种同步机制，确保同一时刻只有一个线程访问共享资源。 **1.3多线程的替代方法**除了传统的多线程外，还有几种其他的并行处理方法： - **异步编程**:使用回调函数或完成块来处理结果。 - **代理模式**:通过代理对象来处理耗时的操作。 - **操作队列**:使用NSOperationQueue来管理一系列的任务。 **1.4线程支持** **1.4.1线程包** iOS和macOS提供了多种方式来管理和控制线程，包括： - **Foundation框架**:提供了高层次的API，如`NSThread`。 - **POSIX线程库**:提供了底层的API，更接近硬件层面。 **1.4.2 Run Loops** Run loops是一种机制，用于管理线程上的事件处理循环。每个线程都有一个run loop，它负责调度任务并响应事件。 **1.4.3同步工具**为了保证多线程环境下的数据一致性，可以使用多种同步工具： - **互斥锁**: `pthread_mutex_t`和`NSLock`。 - **条件变量**: `pthread_cond_t`和`NSCondition`。 - **原子操作**:使用编译器提供的原子操作指令。 **1.4.4线程间通信**线程之间可以通过以下方式进行通信： - **消息传递**:通过发送消息到其他线程。 - **通知中心**:利用NSNotificationCenter发布和接收通知。 - **代理模式**:通过代理对象实现跨线程的消息传递。 **1.5设计技巧** - **避免显式创建线程**:尽可能使用系统提供的线程池或其他机制。 - **保持线程合理的忙碌**:避免线程长时间闲置。 - **避免共享数据结构**:减少竞争条件的发生。 - **多线程与用户界面**:更新UI必须在主线程中进行。 - **了解线程退出时的行为**:清理资源，释放内存等。 - **处理异常**:设置异常处理机制，防止程序崩溃。 - **干净地中断线程**:使用条件变量或信号量。 - **线程安全的库**:使用苹果提供的线程安全API。 ####二、线程管理**2.1线程成本**创建和维护线程会消耗系统资源，因此在创建线程时需要权衡其成本和收益。 **2.2创建一个线程** - **使用NSThread**:提供了简单的方法来创建和启动线程。 - **使用POSIX的多线程**:更低级别的控制，适用于特定场景。 - **使用NSObject来生成一个线程**:可以继承自NSObject来创建可管理的线程。 - **使用其他线程技术**:如GCD (Grand Central Dispatch)。 **2.3配置线程属性** - **配置线程的堆栈大小**:根据线程的需求调整堆栈大小。 - **配置线程本地存储**:每个线程拥有自己的变量副本。 - **设置线程的脱离状态**:线程是否自动清理资源。 - **设置线程的优先级**:调整线程执行的优先顺序。 **2.4编写线程的主体入口点** - **创建一个自动释放池**:用于管理自动释放的对象。 - **设置异常处理**:在线程中捕获并处理异常。 - **设置一个RunLoop**:使线程能够处理事件。 **2.5中断线程** - **发送中断信号**:通过调用`pthread_cancel`或设置中断标志。 - **优雅地退出**:通过检查中断标志来安全地退出线程。 ####三、Run Loops **3.1 Run Loop剖析** - **RunLoop模式**:用于区分不同类型的事件源。 - **输入源**:可以触发RunLoop进入等待状态的对象，如文件描述符、端口等。 **3.2何时使用Run Loop**通常情况下，主线程会有一个默认的RunLoop，用于处理UI事件和其他异步事件。 **3.3使用Run Loop对象** - **获得RunLoop对象**:使用`CFRunLoopGetCurrent`获取当前线程的RunLoop。 - **配置RunLoop**:添加输入源和定时器等。 - **启动RunLoop**:通过`CFRunLoopRun`启动RunLoop。 - **退出RunLoop**:通过`CFRunLoopStop`或`CFRunLoopExit`停止RunLoop。 **3.4配置Run Loop的源** - **定义自定义输入源**:实现`CFStreamClientContext`协议来处理输入源。 - **配置定时源**:通过`CFRunLoopTimerCreate`创建定时器。 - **配置基于端口的输入源**:使用Mach端口来实现跨线程的同步。 ####四、线程同步**4.1同步工具** - **原子操作**:使用`__atomic`关键字执行不可分割的操作。 - **内存屏障和Volatile变量**:保证变量读写的顺序。 - **锁**:确保同一时间只有一个线程访问共享资源。 - **条件**:控制线程间的同步等待。 - **执行Selector例程**:使用`performSelectorOnMainThread:`等方法在特定线程上执行方法。 **4.2同步的成本和性能**不同的同步工具在性能上有差异，选择合适的工具可以提高程序效率。 **4.3线程安全和信号量** - **信号量**:一种轻量级的同步机制，用于限制同时访问某个资源的数量。 **4.4线程安全设计的技巧** - **完全避免同步**:通过设计无状态或线程安全的数据结构来减少同步需求。 - **了解同步的限制**:避免过度使用锁。 - **注意对代码正确性的威胁**:确保所有线程都能正确地访问共享资源。 - **当心死锁和活锁**:设计时需考虑避免这些情况。 - **正确使用Volatile变量**:仅在需要强制读取或写入缓存时使用。 **4.5使用原子操作**原子操作可以在不使用锁的情况下更新共享变量，但只能用于简单的数据类型。 **4.6使用锁** - **使用POSIX互斥锁**:提供细粒度的锁控制。 - **使用NSLock类**:提供更高层次的锁接口。 - **使用@synchronized指令**:方便地锁定代码块。 - **使用其他Cocoa锁**:如`NSRecursiveLock`。 **4.7使用条件** - **使用NSCondition类**:提供了等待和通知的功能。 - **使用POSIX条件**:提供了更底层的条件变量控制。 ####附录A：线程安全总结附录部分提供了iOS和macOS中各个框架的线程安全性总结，这对于开发者来说是非常重要的参考资料，可以帮助他们更好地理解哪些API可以在哪个线程上安全地使用。 ###结论iOS多线程编程是iOS开发中一个非常重要的主题，涉及到多线程的设计、实现以及同步等多个方面。通过学习上述知识点，开发者可以更加高效地利用多线程技术，提高应用程序的性能和用户体验。