IOS多线程编程的3种实现方法

前言

在多线程简介中，我已经说明过了，为了提高界面的流畅度以及用户体验。我们务必要把耗时的操作放到别的线程中去执行，千万不要阻塞主线程。
iOS中有以下3种多线程编程方法：

NSThread
Grand Centeral Dispatch(GCD)
NSOperation和NSOperationQueue

1.NSThread

这是最轻量级的多线程的方法，使用起来最直观的多线程编程方法。但是因为需要自己管理线程的生命周期，线程同步。经常使用NSThread进行调试，在实际项目中不推荐使用。

//获取当前线程
NSThread *current = [NSThread currentThread];
//获取主线程
NSThread *main = [NSThread mainThread];

NSLog(@"当前线程 --- %@",current);
NSLog(@"主线程 --- %@",main);

控制台输出结果：

2015-11-22 22:30:29.572 多线程demo[1289:2925847] 当前线程 --- <NSThread: 0x7fc0e1401dc0>{number = 1, name = main}
2015-11-22 22:30:29.572 多线程demo[1289:2925847] 主线程 --- <NSThread: 0x7fc0e1401dc0>{number = 1, name = main}
从结果我们看出当前的线程就是主线程，number相当于线程的id,name是线程的名称,主线程的number就是1

阻塞线程：

//阻塞线程3秒
[NSThread sleepForTimeInterval:3];
[NSThread sleepUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];

2.GCD(Grand Central Dispatch)

GCD是基于C语言底层API实现的一套多线程并发机制，非常的灵活方便，在实际的开发中使用很广泛。
简单来说CGD就是把操作放在队列中去执行。
你只需定义好操作和队列就可以了，不需要直接控制线程的创建和销毁，线程的生命周期由队列来管理。

队列：负责操作的调度和执行，有先进先出(FIFO)的特点。也就是说先加入队列的操作先执行，后加入的后执行。

队列有两种：

串行队列：

队列中的操作只会按顺序执行，你可以想象成单窗口排队。

并行队列：

队列中的操作可能会并发执行，这取决与操作的类型，你可以想象成多窗口排队。

//创建串行队列

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("my_serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

//创建并行队列

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("my_concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

my_serial_queue和my_concurrent_queue是队列的名字标签，为了与其他的队列区分，在一个项目里面必须是唯一的。
DISPATCH_QUEUE_SERIAL表示串行队列
DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT表示并行队列

操作同样也分两种类型：
同步操作：只会按顺序执行，执行顺序是确定的。
异步操作：在串行队列中执行顺序确定，在并行队列中执行顺序不确定

使用block来定义操作要执行的代码，q是已经定义好的，操作要加入的队列

//定义同步操作
dispatch_sync(q, ^{
  //要执行的代码  
});
//定义异步操作
dispatch_async(q, ^{
  //要执行的代码   
});

下面我们看一下同步，异步操作加入到串行和并行队列里面，执行的顺序和特点：
1.同步操作不管加入到何种队列，只会在主线程按顺序执行

dispatch_queue_t q_serial = dispatch_queue_create("my_serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t q_concurrent = dispatch_queue_create("my_concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
  dispatch_sync(q_serial, ^{
    NSLog(@"串行队列里的同步任务 %@ %d", [NSThread currentThread], i);
  });
}
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
  dispatch_sync(q_concurrent, ^{
    NSLog(@"并行队列里的同步任务 %@ %d", [NSThread currentThread], i);
  });
}

下面是控制台输出结果：

2015-11-23 00:40:36.862 01.GCD演练[1952:3613752] 串行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 0
2015-11-23 00:40:36.863 01.GCD演练[1952:3613752] 串行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 1
2015-11-23 00:40:36.863 01.GCD演练[1952:3613752] 串行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 2
2015-11-23 00:40:36.863 01.GCD演练[1952:3613752] 串行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 3
2015-11-23 00:40:36.863 01.GCD演练[1952:3613752] 串行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 4
2015-11-23 00:40:36.863 01.GCD演练[1952:3613752] 并行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 0
2015-11-23 00:40:36.863 01.GCD演练[1952:3613752] 并行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 1
2015-11-23 00:40:36.863 01.GCD演练[1952:3613752] 并行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 2
2015-11-23 00:40:36.864 01.GCD演练[1952:3613752] 并行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 3
2015-11-23 00:40:36.864 01.GCD演练[1952:3613752] 并行队列里的同步任务 <NSThread: 0x7ff833505450>{number = 1, name = main} 4

2.异步操作只在非主线程的线程执行，在串行队列中异步操作会在新建的线程中按顺序执行。

    dispatch_queue_t q_serial = dispatch_queue_create("my_serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    for(int i = 0; i < 5; ++i){

        dispatch_async(q_serial, ^{

            NSLog(@"串行队列 -- 异步任务 %@ %d", [NSThread currentThread], i);

        });

    }

因为是异步操作，所以会新建一个线程。又因为加入到串行队列中，所以所有的操作只会按顺序执行。

2015-11-23 01:03:22.372 01.GCD演练[2081:3627139] 串行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb593d42f50>{number = 2, name = (null)} 0
2015-11-23 01:03:23.373 01.GCD演练[2081:3627139] 串行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb593d42f50>{number = 2, name = (null)} 1
2015-11-23 01:03:24.374 01.GCD演练[2081:3627139] 串行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb593d42f50>{number = 2, name = (null)} 2
2015-11-23 01:03:25.375 01.GCD演练[2081:3627139] 串行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb593d42f50>{number = 2, name = (null)} 3
2015-11-23 01:03:26.376 01.GCD演练[2081:3627139] 串行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb593d42f50>{number = 2, name = (null)} 4

3.异步操作，并行队列

    dispatch_queue_t q_concurrent = dispatch_queue_create("my_concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    for(int i = 0; i < 5; ++i){

        dispatch_async(q_concurrent, ^{

            NSLog(@"并行队列 -- 异步任务 %@ %d", [NSThread currentThread], i);

        });

    }

理论上并行队列会给每一个异步操作新建线程，然后让所有的任务并发执行。但是实际上系统能创建的线程数量是有限的，当创建的线程达到最大线程数以后，后面的异步操作就需要等待前面的操作执行完毕才能得到执行。哪个线程操作执行完毕，就把等待的异步任务安排到哪个线程。直到所有的操作执行完毕。
你可以把上述代码的循环次数改成5000就可以观察到此现象。
2015-11-23 01:14:15.282 01.GCD演练[2165:3634728] 并行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb3b841b0a0>{number = 4, name = (null)} 3
2015-11-23 01:14:15.282 01.GCD演练[2165:3634724] 并行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb3b8514da0>{number = 3, name = (null)} 0
2015-11-23 01:14:15.282 01.GCD演练[2165:3634726] 并行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb3b8604db0>{number = 5, name = (null)} 2
2015-11-23 01:14:15.282 01.GCD演练[2165:3634725] 并行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb3b86119d0>{number = 2, name = (null)} 1
2015-11-23 01:14:15.285 01.GCD演练[2165:3634729] 并行队列 -- 异步任务 <NSThread: 0x7fb3b87011f0>{number = 6, name = (null)} 4

3.NSOperation & NSOperationQueue

虽然GCD的功能已经很强大了，但是它使用的API依然是C语言的。在某些时候，在面向对象的objective-c中使用起来非常的不方便和不安全。

所以苹果公司把GCD中的操作抽象成NSOperation对象，把队列抽象成NSOperationQueue对象。

抽象为NSOperation & NSOperationQueue以后的好处有一下几点：

代码风格统一了，我们不用在面向对象的objective-C中写面对过程的C语言代码了。
我们知道在GCD中操作的执行代码都是写在匿名的block里面，那么我们很难做到给操作设置依赖关系以及取消操作。这些功能都已经封装到NSOperation对象里面了。^-^
NSOperationQueue对象比GCD中队列更加的强大和灵活，比如：设置并发操作数量，取消队列中所有操作。
NSOperation分为NSInvocationOperation和NSBlockOperation

NSInvocationOperation的使用

//首先定义一个NSOperationQueue对象
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(operationAction:) object:@"这里可以穿参数"];
[queue addOperation:op];//把操作加入队列中即开始执行
- (void)operationAction:(id)obj
{
  NSLog(@"%@ - obj : %@", [NSThread currentThread], obj);
}

输出为：

2015-11-23 02:55:19.067 多线程demo[2604:3686934] <NSThread: 0x7f9dfa443510>{number = 2, name = (null)} - obj : 这里可以穿参数
NSBlockOperation的使用

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [self operationAction:@"这是NSBlockOperation"];
}];
[queue addOperation:op];
输出为：

2015-11-23 02:56:11.812 多线程demo[2617:3687872] <NSThread: 0x7fa983f10a50>{number = 2, name = (null)} - obj : 这是NSBlockOperation
设置依赖关系(执行顺序)

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(operationAction:) object:@"op1"];
    NSInvocationOperation *op2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(operationAction:) object:@"op2"];
    //op2在op1之后执行
    [op2 addDependency:op1];//这里需要注意，一定要在addOperation之前设置依赖关系
   
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];
输出为：

2015-11-23 02:57:40.283 多线程demo[2661:3689737] <NSThread: 0x7fb663e132d0>{number = 2, name = (null)} - obj : op1
2015-11-23 02:57:40.284 多线程demo[2661:3689737] <NSThread: 0x7fb663e132d0>{number = 2, name = (null)} - obj : op2
没有设置依赖关系的输出：

2015-11-23 03:00:45.939 多线程demo[2709:3692307] <NSThread: 0x7fe951d0d8a0>{number = 2, name = (null)} - obj : op2
2015-11-23 03:00:45.939 多线程demo[2709:3692308] <NSThread: 0x7fe951c24720>{number = 3, name = (null)} - obj : op1
到这里你应该发现了，在NSOperation & NSOperationQueue中，我们不需要再像GCD那样定义操作的类型和队列的类型和控制操作的执行顺序了，你只需要直接设定操作的执行顺序就可以了。