【iOS开发-多线程【四】pthread&NSThread

前言

多线程的最后一篇，从GCD的API到GCD的实现，学到了NSOperation和NSOperationQueue 慢慢了解了多线程的使用场景和众多原理，其中不乏涉及到了其他的知识，锁等。

这篇博客学习iOS常用的NSThread，了解pthread（不常用）。

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。

维基百科介绍：POSIX 线程（英语：POSIX Threads，常被缩写 为 Pthreads）是 POSIX 的线程标准，定义了创建和操纵线程的一套 API。
实现 POSIX 线程标准的库常被称作 Pthreads，一般用于 Unix-like POSIX 系统，如 Linux、Solaris。

这个简单来说就是操作系统级别使用的线程，基于c语言实现，我们的OC代码中很少用到，并且不便于管理。

pthread_mutex

提到他的原因是对于 pthread 我认为接触最多的就是互斥锁本身了，包括iOS的NSLock 锁也是基于pthread_mutex封装的锁，简单提一下。
pthread_mutex是POSIX线程库中用于实现互斥锁（mutex）的数据类型。互斥锁是一种同步机制，用于保护共享资源在多线程环境下的互斥访问，防止多个线程同时修改同一资源而引发的竞争条件（race condition）。

以下是pthread_mutex的一些重要操作：

1. 创建互斥锁：使用pthread_mutex_init函数初始化一个互斥锁对象，并指定锁的属性。例如，可以选择创建一个普通锁或递归锁。
2. 上锁：使用pthread_mutex_lock函数在访问共享资源之前锁定互斥锁。如果互斥锁已经被另一个线程锁定，当前线程将被阻塞，直到互斥锁可用。
3. 尝试上锁：使用pthread_mutex_trylock函数尝试对互斥锁进行上锁操作。该函数会立即返回，并根据互斥锁的状态返回成功或失败的结果。
4. 解锁：使用pthread_mutex_unlock函数释放互斥锁，使其可供其他线程使用。解锁操作应在访问共享资源后进行，以便其他线程可以获取互斥锁。
5. 销毁互斥锁：使用pthread_mutex_destroy函数销毁互斥锁对象，释放相关的资源。

互斥锁提供了一种线程同步的机制，确保在任意时刻只有一个线程可以访问被保护的共享资源，从而避免了数据竞争和不确定行为。它是编写多线程程序时常用的同步工具之一。

pthread的使用

• 首先引入头文件 #import <pthread.h>
• 我们需要创建一个线程，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;
}

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的API

• pthread_create(pthread_t _Nullable *restrict _Nonnull, const pthread_attr_t *restrict _Nullable, void * _Nullable (* _Nonnull)(void * _Nullable), void *restrict _Nullable); 创建一个线程
• pthread_exit(void * _Nullable); 终止某个线程
• pthread_cancel(pthread_t _Nonnull); 中断另一个线程的运行
• pthread_join(pthread_t _Nonnull, void * _Nullable * _Nullable); 阻塞当前线程，直到另一个线程结束
• pthread_attr_init(pthread_attr_t * _Nonnull); 初始化线程属性
• pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t * _Nonnull, int); 设置脱离状态的属性
• pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t * _Nonnull, int * _Nonnull); 设置脱离状态的属性
• pthread_attr_destroy(pthread_attr_t * _Nonnull); 删除线程的属性
• pthread_kill(pthread_t _Nonnull, int); 向线程发送一个信号

了解即可

NSThread

对比GCD和NSOperation虽然是不常用，但是还是OC提供的多线程技术，偶尔也会使用。

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。比如经常调用[NSThread currentThread]来显示当前的进程信息。

创建，启动线程

NSThread 提供了三个方法

• 创建线程并手动启动线程

// NSThread 先创建线程，再启动线程
- (void)JP_NSThread_1 {
    
    
    // 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
}

• 创建线程并自动启动线程

// 创建线程后自动启动线程
- (void)JP_NSThread_2 {
    
    
    // 1. 创建线程
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:nil];
}

• 隐式创建并启动线程

// 隐式创建并启动线程
- (void)JP_NSThread_3 {
    
    
    [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]);
}

NSThread提供的API

这段代码涉及了NSThread类的一些方法和属性，用于获取和操作线程相关的信息。下面是对每个部分的解释：

1. + (NSThread *)mainThread;
   这是一个类方法，用于获取主线程（Main Thread）的NSThread对象。主线程是应用程序的主要执行线程，在该线程上执行UI操作和其他重要任务。

2. - (BOOL)isMainThread;
   这是一个实例方法，用于判断当前线程是否为主线程。如果调用该方法的线程是主线程，则返回YES，否则返回NO。

3. + (BOOL)isMainThread;
   这是一个类方法，用于判断当前线程是否为主线程。与实例方法相似，但可以直接通过类名调用。

4. NSThread *current = [NSThread currentThread];
   这行代码获取当前线程的NSThread对象。可以使用这个对象来访问和操作当前线程的属性和方法。

5. - (void)setName:(NSString *)n;
   这是一个实例方法，用于设置线程的名称。可以通过给线程设置一个有意义的名称来标识和识别线程。

6. - (NSString *)name;
   这是一个实例方法，用于获取线程的名称。返回线程的名称字符串。

线程状态的控制方法

• 启动线程

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

- (void)start;

• 阻塞/暂停线程

+ (void)sleepUntilDate:(NSDate *)date;

该方法使当前线程暂停执行，直到指定的日期 date。也就是说，线程会休眠直到达到指定的日期时间点后才会继续执行。

+ (void)sleepForTimeInterval:(NSTimeInterval)time;

该方法使当前线程暂停执行，持续暂停一段时间间隔 time，单位为秒。线程会休眠指定的时间后再继续执行。

这两个方法可以用于线程控制，例如在需要暂停线程一段时间后再进行下一步操作时使用。⚠️这些方法会阻塞当前线程的执行，所以需要谨慎使用，以避免对应用程序的响应性能产生不利影响。

• 强制停止线程

线程进入死亡状态

+ (void)exit;

线程间的通信

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。

• 在主线程上执行操作

// 在主线程上执行操作
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

这个方法在主线程上执行指定的方法。参数 aSelector 是要执行的方法的选择器（方法名），arg 是传递给方法的对象参数，wait 表示是否等待执行完成后再返回。如果 wait 为 YES，则当前线程会等待执行完成后再继续，如果为 NO，则立即返回。

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray<NSString *> *)array;
  // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes

这个方法与前一个方法类似，但它还接受一个 modes 参数，用于指定执行方法的运行模式（Run Loop Modes）。modes 参数是一个字符串数组，用于指定运行模式的名称。主线程的运行模式定义了在哪些情况下可以处理事件和执行方法。

调用该方法，可以将指定的方法放入主线程的任务队列中，以确保在主线程上执行。同时，可以通过 modes 参数指定在哪些运行模式下可以处理事件和执行方法。

这个方法在多线程环境中非常有用，特别是在需要在主线程上执行与界面交互相关的操作时。例如，更新 UI 元素或执行需要在主线程上执行的代码块时，可以使用该方法将任务切换到主线程上执行，确保正确的线程执行上下文，并避免界面冻结或不响应的情况。

• 在指定线程执行操作

- (id)performSelector:(SEL)aSelector;

是 NSObject 类的一个方法，用于在当前线程中执行指定的方法，并返回该方法的返回值。

- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;

- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;

• 在当前线程执行操作

- (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);

Demo（借鉴）

• 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。

/**
 * 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://ysc-demo-1254961422.file.myqcloud.com/YSC-phread-NSThread-demo-icon.jpg"];
    
    // 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;
}

线程间的状态转换

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。

如何理解当前线程的线程转换

• 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/异常退出，则当前线程对象进入死亡状态。

总结

多线程GCD NSOperation NSOperationQueue NSThread 为iOS多线程的重要成员，GCD提供了可靠的多样的方法，有更多的API。NSOperation更加简洁，NSThread显得不是那么经常用。

多线程编程是iOS的重点，勤于复习。