iOS多线程编程详解与管理策略

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"本文档是一份全面的iOS多线程编程指南，由Apple Inc.原创并由谢业兰翻译。它旨在帮助iOS开发者理解和利用线程技术来提高应用的并发性能。文档首先介绍了多线程编程的基本概念，包括何为多线程、常见的线程术语，以及与多线程相关的替代方法。它强调了多线程在现代操作系统中的重要性，尤其是Mac OS X和iOS对于线程的支持，包括内置的线程包、RunLoops、同步工具以及线程间的通信机制。章节一深入探讨了设计多线程应用的一些关键原则，如避免显式创建线程以减轻系统负担，确保线程忙碌但不过度占用资源，避免共享数据结构以防止竞态条件，以及如何处理线程退出和异常情况。此外，还提到了如何优雅地中断线程和使用线程安全的库。在第二章中，详细讲解了线程的管理，包括线程的成本分析、线程的创建方式（如使用NSThread、POSIX多线程、NSObject或自定义线程技术），以及如何配置线程的属性，如堆栈大小、线程本地存储和优先级。这部分内容强调了编写线程主体入口点的注意事项，如使用autorelease pool处理内存管理和设置正确的异常处理和RunLoop。第三章专门讲解RunLoops，它是iOS和Mac OS X中管理事件循环的核心机制。RunLoops允许在特定模式下监视输入源，这对于实现定时任务、事件响应和高效处理线程活动至关重要。文档解释了RunLoop的工作原理，何时使用，以及如何有效地与之交互。这份指南不仅提供了丰富的理论知识，还配以实用的实例，使读者能够熟练掌握iOS平台上的多线程编程技术，优化应用性能，提升用户体验。无论你是初次接触多线程的iOS开发者还是经验丰富的专家，都能从中获益匪浅。"

Threading Programming Guide

1.5.6 处理异常

当抛出一个异常时，异常的处理机制依赖于当前调用堆栈执行任何必要的清理。

因为每个线程都有它自己的调用堆栈，所以每个线程都负责捕获它自己的异常。如果

在辅助线程里面捕获一个抛出的异常失败，那么你的主线程也同样捕获该异常失败：

它所属的进程就会中断。你无法捕获同一个进程里面其他线程抛出的异常。

如果你需要通知另一个线程（比如主线程）当前线程中的一个特殊情况，你应该

捕捉异常，并简单地将消息发送到其他线程告知发生了什么事。根据你的模型和你正

在尝试做的事情，引发异常的线程可以继续执行（如果可能的话），等待指示，或者

干脆退出。

注意:在 Cocoa 里面，一个 NSException 对象是一个自包含对象，一旦它被引发了，那么它

可以从一个线程传递到另外一个线程。

在一些情况下，异常处理可能是自动创建的。比如，Objective-C 中的

@synchronized 包含了一个隐式的异常处理。

1.5.7 干净地中断你的线程

线程自然退出的最好方式是让它达到其主入口结束点。虽然有不少函数可以用来

立即中断线程，但是这些函数应仅用于作为最后的手段。在线程达到它自然结束点之

前中断一个线程阻碍该线程清理完成它自己。如果线程已经分配了内存，打开了文件，

或者获取了其他类型资源，你的代码可能没办法回收这些资源，结果造成内存泄漏或

者其他潜在的问题。

关于更多正确退出线程的信息，请查阅“中断线程”部分。

1.5.8 线程安全的库

虽然应用程序开发人员控制应用程序是否执行多个线程，类库的开发者则无法这

样控制。当开发类库时，你必须假设调用应用程序是多线程，或者多线程之间可以随

时切换。因此你应该总是在你的临界区使用锁功能。

对类库开发者而言，只当应用程序是多线程的时候才创建锁是不明智的。如果你

需要锁定你代码中的某些部分，早期应该创建锁对象给你的类库使用，更好是显式调

用初始化类库。虽然你也可以使用静态库的初始化函数来创建这些锁，但是仅当没有

Threading Programming Guide

第二章线程管理

Mac OS X 和 iOS 里面的每个进程都是有一个或多个线程构成，每个线程都代表一

个代码的执行路径。每个应用程序启动时候都是一个线程，它执行程序的 main 函数。

应用程序可以生成额外的线程，其中每个线程执行一个特定功能的代码。

当应用程序生成一个新的线程的时候，该线程变成应用程序进程空间内的一个实

体。每个线程都拥有它自己的执行堆栈，由内核调度独立的运行时间片。一个线程可

以和其他线程或其他进程通信，执行 I/O 操作，甚至执行任何你想要它完成的任务。

因为它们处于相同的进程空间，所以一个独立应用程序里面的所有线程共享相同的虚

拟内存空间，并且具有和进程相同的访问权限。

本章提供了 Mac OS X 和 iOS 上面可用线程技术的预览，并给出了如何在你的应

用程序里面使用它们的例子。

注意：获取关于 Mac OS 上面线程架构，或者更多关于线程的背景资料。请参阅技术说明 TN2028

--“线程架构”。

2.1 线程成本

多线程会占用你应用程序(和系统的)的内存使用和性能方面的资源。每个线程都

需要分配一定的内核内存和应用程序内存空间的内存。管理你的线程和协调其调度所

需的核心数据结构存储在使用 Wired Memory 的内核里面。你线程的堆栈空间和每个

线程的数据都被存储在你应用程序的内存空间里面。这些数据结构里面的大部分都是

当你首次创建线程或者进程的时候被创建和初始化的，它们所需的代价成本很高，因

为需要和内核交互。

表 2-1 量化了在你应用程序创建一个新的用户级线程所需的大致成本。这些成本

里面的部分是可配置的，比如为辅助线程分配堆栈空间的大小。创建一个线程所需的

时间成本是粗略估计的，仅用于当互相比较的时候。线程创建时间很大程度依赖于处

理器的负载，计算速度，和可用的系统和程序空间。

Table 2-1 Thread creation costs

Item

Approximate cost

Notes

Kernel data

structures

Approximately 1

This memory is used to store the thread data structures and attributes,

much of which is allocated as wired memory and therefore cannot be

Threading Programming Guide

paged to disk.

Stack

space

512 KB

(secondary

threads)

8 MB (Mac OS X

main thread)

1 MB (iOS main

thread)

The minimum allowed stack size for secondary threads is 16 KB and the

stack size must be a multiple of 4 KB. The space for this memory is set

aside in your process space at thread creation time, but the actual pages

associated with that memory are not created until they are needed.

Creation

time

Approximately 90

microseconds

This value reflects the time between the initial call to create the thread and

the time at which the thread’s entry point routine began executing. The

figures were determined by analyzing the mean and median values

generated during thread creation on an Intel-based iMac with a 2 GHz

Core Duo processor and 1 GB of RAM running Mac OS X v10.5.

注意:因为底层内核的支持，操作对象(Operation objectis)可能创建线程更快。它们使用内核

里面常驻线程池里面的线程来节省创建的时间，而不是每次都创建新的线程。关于更多使用操作

对象(Operation objects)的信息，参阅并发编程指南(Concurrency Programming Guide)。

当编写线程代码时另外一个需要考虑的成本是生产成本。设计一个线程应用程序

有时会需要根本性改变你应用程序数据结构的组织方式。要做这些改变可能需要避免

使用同步，因为本身设计不好的应用可能会造成巨大的性能损失。设计这些数据结构

和在线程代码里面调试问题会增加开发一个线程应用所需的时间。然而避免这些消耗

的话，可能在运行时候带来更大的问题，如果你的多线程花费太多的时间在锁的等待

而没有做任何事情。

2.2 创建一个线程

创建低级别的线程相对简单。在所有情况下，你必须有一个函数或方法作为线程

的主入口点，你必须使用一个可用的线程例程启动你的线程。以下几个部分介绍了比

较常用线程创建的基本线程技术。线程创建使用了这些技术的继承属性的默认设置，

由你所使用的技术来决定。关于更多如何配置你的线程的信息，参阅“线程属性配置”

部分。

2.2.1 使用 NSThread

使用 NSThread 来创建线程有两个可以的方法:

 使用 detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:类方法来生成一个

新的线程。

 创建一个新的 NSThread 对象，并调用它的 start 方法。（仅在 iOS 和 Mac OS

Threading Programming Guide

X v10.5 及其之后才支持）

这两种创建线程的技术都在你的应用程序里面新建了一个脱离的线程。一个脱离

的线程意味着当线程退出的时候线程的资源由系统自动回收。这也同样意味着之后不

需要在其他线程里面显式的连接（join）。因为

detachNewThreadSelctor:toTarget:withObject:方法在 Mac OS X 的任何版本都支

持，所以在 Cocoa 应用里面使用多线程的地方经常可以发现它。为了生成一个新的线

程，你只要简单的提供你想要使用为线程主体入口的方法的名称(被指定为一个

selector)，和任何你想在启动时传递给线程的数据。下面的示例演示了这种方法的

基本调用，来使用当前对象的自定义方法来生成一个线程。

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(myThreadMainMethod:) toTarget:self

withObject:nil];

在 Mac OS X v10.5 之前，你使用 NSThread 类来生成多线程。虽然你可以获取一

个 NSThread 对象并访问线程的属性，但你只能在线程运行之后在其内部做到这些。

在 Mac OS X v10.5 支持创建一个 NSThread 对象，而无需立即生成一个相应的新线程

（这些在 iOS 里面同样可用）。新版支持使得在线程启动之前获取并设置线程的很多

属性成为可能。这也让用线程对象来引用正在运行的线程成为可能。

在 Mac OS X v10.5 及其之后初始化一个 NSThread 对象的简单方法是使用

initWithTarget:selector:object:方法。该方法和

detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:方法来初始化一个新的 NSThread

实例需要相同的额外开销。然而它并没有启动一个线程。为了启动一个线程，你可以

显式调用先对象的 start 方法，如下面代码：

NSThread* myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self

selector:@selector(myThreadMainMethod:)

object:nil];

[myThread start]; // Actually create the thread

注意：使用 initWithTarget:selector:object:方法的替代办法是子类化 NSThread，并重写

它的 main 方法。你可以使用你重写的该方法的版本来实现你线程的主体入口。更多信息，请参

阅 NSThread Class Reference 里面子类化的提示。

如果你拥有一个 NSThread 对象，它的线程当前真正运行，你可以给该线程发送

消息的唯一方法是在你应用程序里面的任何对象使用

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