iOS 底层原理 文章汇总

本文的主要目的是介绍 NSThread、GCD、NSOperation常见的使用方式
NSthread NSthread是苹果官方提供面向对象的线程操作技术，是对thread的上层封装，比较偏向于底层。简单方便，可以直接操作线程对象，使用频率较少。
创建线程
线程的创建方式主要以下三种方式

• 通过init初始化方式创建
  
• 通过detachNewThreadSelector构造器方式创建
  
• 通过performSelector...方法创建，主要是用于获取主线程，以及后台线程
  

//1、创建 - (void)cjl_createNSThread{ NSString *threadName1 = @"NSThread1"; NSString *threadName2 = @"NSThread2"; NSString *threadName3 = @"NSThread3"; NSString *threadNameMain = @"NSThreadMain"; //方式一：初始化方式，需要手动启动 NSThread *thread1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomething:) object:threadName1]; [thread1 start]; //方式二：构造器方式，自动启动 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(doSomething:) toTarget:self withObject:threadName2]; //方式三：performSelector...方法创建 [self performSelectorInBackground:@selector(doSomething:) withObject:threadName3]; //方式四 [self performSelectorOnMainThread:@selector(doSomething:) withObject:threadNameMain waitUntilDone:YES]; } - (void)doSomething:(NSObject *)objc{ NSLog(@"%@ - %@", objc, [NSThread currentThread]); }

属性

- thread.isExecuting//线程是否在执行 - thread.isCancelled//线程是否被取消 - thread.isFinished//是否完成 - thread.isMainThread//是否是主线程 - thread.threadPriority //线程的优先级，取值范围0.0-1.0,默认优先级0.5，1.0表示最高优先级，优先级高，CPU调度的频率高

类方法
常用的类方法有以下几个：

• currentThread：获取当前线程
  
• sleep...：阻塞线程
  
• exit：退出线程
  
• mainThread：获取主线程
  

- (void)cjl_NSThreadClassMethod{ //当前线程 [NSThread currentThread]; // 如果number=1，则表示在主线程，否则是子线程 NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); //阻塞休眠 [NSThread sleepForTimeInterval:2]; //休眠多久 [NSThread sleepUntilDate:[NSDate date]]; //休眠到指定时间//其他 [NSThread exit]; //退出线程 [NSThread isMainThread]; //判断当前线程是否为主线程 [NSThread isMultiThreaded]; //判断当前线程是否是多线程 NSThread *mainThread = [NSThread mainThread]; //主线程的对象 NSLog(@"%@", mainThread);

GCD dispatch_after

- (void)cjl_testAfter{ /* dispatch_after表示在某队列中的block延迟执行 应用场景：在主队列上延迟执行一项任务，如viewDidload之后延迟1s，提示一个alertview（是延迟加入到队列，而不是延迟执行） */ dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"2s后输出"); }); }

dispatch_once

- (void)cjl_testOnce{ /* dispatch_once保证在App运行期间，block中的代码只执行一次 应用场景：单例、method-Swizzling */ static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ //创建单例、method swizzled或其他任务 NSLog(@"创建单例"); }); }

dispatch_apply

- (void)cjl_testApply{ /* dispatch_apply将指定的Block追加到指定的队列中重复执行，并等到全部的处理执行结束——相当于线程安全的for循环应用场景：用来拉取网络数据后提前算出各个控件的大小，防止绘制时计算，提高表单滑动流畅性 - 添加到串行队列中——按序执行 - 添加到主队列中——死锁 - 添加到并发队列中——乱序执行 - 添加到全局队列中——乱序执行 */dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); NSLog(@"dispatch_apply前"); /** param1：重复次数 param2：追加的队列 param3：执行任务 */ dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) { NSLog(@"dispatch_apply 的线程 %zu - %@", index, [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"dispatch_apply后"); }

dispatch_group_t
有以下两种使用方式

• 【方式一】使用dispatch_group_async + dispatch_group_notify

- (void)cjl_testGroup1{ /* dispatch_group_t：调度组将任务分组执行，能监听任务组完成，并设置等待时间应用场景：多个接口请求之后刷新页面 */dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"请求一完成"); }); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"请求二完成"); }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"刷新页面"); }); }

• 【方式二】使用dispatch_group_enter + dispatch_group_leave + dispatch_group_notify

- (void)cjl_testGroup2{ /* dispatch_group_enter和dispatch_group_leave成对出现，使进出组的逻辑更加清晰 */ dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); dispatch_group_enter(group); dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"请求一完成"); dispatch_group_leave(group); }); dispatch_group_enter(group); dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"请求二完成"); dispatch_group_leave(group); }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"刷新界面"); }); }

• 在方式二的基础上增加超时dispatch_group_wait

- (void)cjl_testGroup3{ /* long dispatch_group_wait(dispatch_group_t group, dispatch_time_t timeout)group：需要等待的调度组 timeout：等待的超时时间（即等多久） - 设置为DISPATCH_TIME_NOW意味着不等待直接判定调度组是否执行完毕 - 设置为DISPATCH_TIME_FOREVER则会阻塞当前调度组，直到调度组执行完毕返回值：为long类型 - 返回值为0——在指定时间内调度组完成了任务 - 返回值不为0——在指定时间内调度组没有按时完成任务*/ dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); dispatch_group_enter(group); dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"请求一完成"); dispatch_group_leave(group); }); dispatch_group_enter(group); dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"请求二完成"); dispatch_group_leave(group); }); //long timeout = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_NOW); //long timeout = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER); long timeout = dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1 *NSEC_PER_SEC)); NSLog(@"timeout = %ld", timeout); if (timeout == 0) { NSLog(@"按时完成任务"); }else{ NSLog(@"超时"); }dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"刷新界面"); }); }

dispatch_barrier_sync & dispatch_barrier_async
栅栏函数，主要有两种使用场景：串行队列、并发队列

- (void)cjl_testBarrier{ /* dispatch_barrier_sync & dispatch_barrier_async应用场景：同步锁等栅栏前追加到队列中的任务执行完毕后，再将栅栏后的任务追加到队列中。 简而言之，就是先执行栅栏前任务，再执行栅栏任务，最后执行栅栏后任务- dispatch_barrier_async：前面的任务执行完毕才会来到这里 - dispatch_barrier_sync：作用相同，但是这个会堵塞线程，影响后面的任务执行- dispatch_barrier_async可以控制队列中任务的执行顺序， - 而dispatch_barrier_sync不仅阻塞了队列的执行，也阻塞了线程的执行（尽量少用） */[self cjl_testBarrier1]; [self cjl_testBarrier2]; } - (void)cjl_testBarrier1{ //串行队列使用栅栏函数dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); NSLog(@"开始 - %@", [NSThread currentThread]); dispatch_async(queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"延迟2s的任务1 - %@", [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"第一次结束 - %@", [NSThread currentThread]); //栅栏函数的作用是将队列中的任务进行分组，所以我们只要关注任务1、任务2 dispatch_barrier_async(queue, ^{ NSLog(@"------------栅栏任务------------%@", [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"栅栏结束 - %@", [NSThread currentThread]); dispatch_async(queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"延迟2s的任务2 - %@", [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"第二次结束 - %@", [NSThread currentThread]); } - (void)cjl_testBarrier2{ //并发队列使用栅栏函数dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); NSLog(@"开始 - %@", [NSThread currentThread]); dispatch_async(queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"延迟2s的任务1 - %@", [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"第一次结束 - %@", [NSThread currentThread]); //由于并发队列异步执行任务是乱序执行完毕的，所以使用栅栏函数可以很好的控制队列内任务执行的顺序 dispatch_barrier_async(queue, ^{ NSLog(@"------------栅栏任务------------%@", [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"栅栏结束 - %@", [NSThread currentThread]); dispatch_async(queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"延迟2s的任务2 - %@", [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"第二次结束 - %@", [NSThread currentThread]); }

dispatch_semaphore_t
信号量主要用作同步锁，用于控制GCD最大并发数

- (void)cjl_testSemaphore{ /* 应用场景：同步当锁, 控制GCD最大并发数- dispatch_semaphore_create()：创建信号量 - dispatch_semaphore_wait()：等待信号量，信号量减1。当信号量< 0时会阻塞当前线程，根据传入的等待时间决定接下来的操作——如果永久等待将等到信号（signal）才执行下去 - dispatch_semaphore_signal()：释放信号量，信号量加1。当信号量>= 0 会执行wait之后的代码*/ dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("CJL", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); for (int i = 0; i < 10; i++) { dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"当前 - %d， 线程 - %@", i, [NSThread currentThread]); }); }//利用信号量来改写 dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0); for (int i = 0; i < 10; i++) { dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"当前 - %d， 线程 - %@", i, [NSThread currentThread]); dispatch_semaphore_signal(sem); }); dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER); } }

dispatch_source_t
dispatch_source_t主要用于计时操作，其原因是因为它创建的timer不依赖于RunLoop，且计时精准度比NSTimer高

- (void)cjl_testSource{ /* dispatch_source应用场景：GCDTimer 在iOS开发中一般使用NSTimer来处理定时逻辑，但NSTimer是依赖Runloop的，而Runloop可以运行在不同的模式下。如果NSTimer添加在一种模式下，当Runloop运行在其他模式下的时候，定时器就挂机了；又如果Runloop在阻塞状态，NSTimer触发时间就会推迟到下一个Runloop周期。因此NSTimer在计时上会有误差，并不是特别精确，而GCD定时器不依赖Runloop，计时精度要高很多dispatch_source是一种基本的数据类型，可以用来监听一些底层的系统事件 - Timer Dispatch Source：定时器事件源，用来生成周期性的通知或回调 - Signal Dispatch Source：监听信号事件源，当有UNIX信号发生时会通知 - Descriptor Dispatch Source：监听文件或socket事件源，当文件或socket数据发生变化时会通知 - Process Dispatch Source：监听进程事件源，与进程相关的事件通知 - Mach port Dispatch Source：监听Mach端口事件源 - Custom Dispatch Source：监听自定义事件源主要使用的API： - dispatch_source_create: 创建事件源 - dispatch_source_set_event_handler: 设置数据源回调 - dispatch_source_merge_data: 设置事件源数据 - dispatch_source_get_data： 获取事件源数据 - dispatch_resume: 继续 - dispatch_suspend: 挂起 - dispatch_cancle: 取消 *///1.创建队列 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); //2.创建timer dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue); //3.设置timer首次执行时间，间隔，精确度 dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2.0*NSEC_PER_SEC, 0.1*NSEC_PER_SEC); //4.设置timer事件回调 dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{ NSLog(@"GCDTimer"); }); //5.默认是挂起状态，需要手动激活 dispatch_resume(timer); }

NSOperation NSOperation是基于GCD之上的更高一层封装，NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。
NSOperatino实现多线程的步骤如下：

• 1、创建任务：先将需要执行的操作封装到NSOperation对象中。
  
• 2、创建队列：创建NSOperationQueue。
  
• 3、将任务加入到队列中：将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中。
  

//基本使用 - (void)cjl_testBaseNSOperation{ //处理事务 NSInvocationOperation *op =[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(handleInvocation::) object:@"CJL"]; //创建队列 NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; //操作加入队列 [queue addOperation:op]; } - (void)handleInvocation:(id)operation{ NSLog(@"%@ - %@", operation, [NSThread currentThread]); }

需要注意的是，NSOperation是个抽象类，实际运用时中需要使用它的子类，有三种方式：

• 1、使用子类NSInvocationOperation

//直接处理事务，不添加隐性队列 - (void)cjl_createNSOperation{ //创建NSInvocationOperation对象并关联方法，之后start。 NSInvocationOperation *invocationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomething:) object:@"CJL"]; [invocationOperation start]; }

• 2、使用子类NSBlockOperation

- (void)cjl_testNSBlockOperationExecution{ //通过addExecutionBlock这个方法可以让NSBlockOperation实现多线程。 //NSBlockOperation创建时block中的任务是在主线程执行，而运用addExecutionBlock加入的任务是在子线程执行的。 NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ NSLog(@"main task = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]); }]; [blockOperation addExecutionBlock:^{ NSLog(@"task1 = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]); }]; [blockOperation addExecutionBlock:^{ NSLog(@"task2 = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]); }]; [blockOperation addExecutionBlock:^{ NSLog(@"task3 = >currentThread: %@", [NSThread currentThread]); }]; [blockOperation start]; }

• 3、定义继承自NSOperation的子类，通过实现内部相应的方法来封装任务。

//*********自定义继承自NSOperation的子类********* @interface CJLOperation : NSOperation @end@implementation CJLOperation - (void)main{ for (int i = 0; i < 3; i++) { NSLog(@"NSOperation的子类：%@",[NSThread currentThread]); } } @end//*********使用********* - (void)cjl_testCJLOperation{ //运用继承自NSOperation的子类 首先我们定义一个继承自NSOperation的类，然后重写它的main方法。 CJLOperation *operation = [[CJLOperation alloc] init]; [operation start]; }

NSOperationQueue
NSOperationQueue添加事务
NSOperationQueue有两种队列：主队列、其他队列。其他队列包含了 串行和并发。

• 主队列：主队列上的任务是在主线程执行的。
  
• 其他队列（非主队列）：加入到'非队列'中的任务默认就是并发，开启多线程。
  

- (void)cjl_testNSOperationQueue{ /* NSInvocationOperation和NSBlockOperation两者的区别在于： - 前者类似target形式 - 后者类似block形式——函数式编程，业务逻辑代码可读性更高NSOperationQueue是异步执行的，所以任务一、任务二的完成顺序不确定 */ // 初始化添加事务 NSBlockOperation *bo = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ NSLog(@"任务1————%@",[NSThread currentThread]); }]; // 添加事务 [bo addExecutionBlock:^{ NSLog(@"任务2————%@",[NSThread currentThread]); }]; // 回调监听 bo.completionBlock = ^{ NSLog(@"完成了!!!"); }; NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; [queue addOperation:bo]; NSLog(@"事务添加进了NSOperationQueue"); }

设置执行顺序

//执行顺序 - (void)cjl_testQueueSequence{ NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; for (int i = 0; i < 5; i++) { [queue addOperationWithBlock:^{ NSLog(@"%@---%d", [NSThread currentThread], i); }]; } }

【iOS-底层原理|iOS-底层原理 27（GCD 之 NSThread & GCD & NSOperation）】设置优先级

- (void)cjl_testOperationQuality{ /* NSOperation设置优先级只会让CPU有更高的几率调用，不是说设置高就一定全部先完成 - 不使用sleep——高优先级的任务一先于低优先级的任务二 - 使用sleep进行延时——高优先级的任务一慢于低优先级的任务二 */ NSBlockOperation *bo1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ for (int i = 0; i < 5; i++) { //sleep(1); NSLog(@"第一个操作 %d --- %@", i, [NSThread currentThread]); } }]; // 设置最高优先级 bo1.qualityOfService = NSQualityOfServiceUserInteractive; NSBlockOperation *bo2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ for (int i = 0; i < 5; i++) { NSLog(@"第二个操作 %d --- %@", i, [NSThread currentThread]); } }]; // 设置最低优先级 bo2.qualityOfService = NSQualityOfServiceBackground; NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; [queue addOperation:bo1]; [queue addOperation:bo2]; }

设置并发数

//设置并发数 - (void)cjl_testOperationMaxCount{ /* 在GCD中只能使用信号量来设置并发数 而NSOperation轻易就能设置并发数 通过设置maxConcurrentOperationCount来控制单次出队列去执行的任务数 */ NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; queue.name = @"Felix"; queue.maxConcurrentOperationCount = 2; for (int i = 0; i < 5; i++) { [queue addOperationWithBlock:^{ // 一个任务 [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]); }]; } }

添加依赖

//添加依赖 - (void)cjl_testOperationDependency{ NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; NSBlockOperation *bo1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ [NSThread sleepForTimeInterval:0.5]; NSLog(@"请求token"); }]; NSBlockOperation *bo2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ [NSThread sleepForTimeInterval:0.5]; NSLog(@"拿着token,请求数据1"); }]; NSBlockOperation *bo3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ [NSThread sleepForTimeInterval:0.5]; NSLog(@"拿着数据1,请求数据2"); }]; [bo2 addDependency:bo1]; [bo3 addDependency:bo2]; [queue addOperations:@[bo1,bo2,bo3] waitUntilFinished:YES]; NSLog(@"执行完了?我要干其他事"); }

线程间通讯

//线程间通讯 - (void)cjl_testOperationNoti{ NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; queue.name = @"Felix"; [queue addOperationWithBlock:^{ NSLog(@"请求网络%@--%@", [NSOperationQueue currentQueue], [NSThread currentThread]); [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{ NSLog(@"刷新UI%@--%@", [NSOperationQueue currentQueue], [NSThread currentThread]); }]; }]; }

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