前言

多執行緒的價值無需贅述，對於App效能和使用者體驗都有著至關重要的意義，在iOS開發中，Apple提供了不同的技術支援多執行緒程式設計，除了跨平臺的pthread之外，還提供了NSThread、NSOperationQueue、GCD等多執行緒技術，從本篇Blog開始介紹這幾種多執行緒技術的細節。

NSThread

使用NSThead建立執行緒有很多方法：

• +detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:類方法直接生成一個子執行緒

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[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadRoutine:
 
) toTarget:self withObject:nil];

• 建立一個NSThread類例項，然後呼叫start方法。

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NSThread* aThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadRoutine:) object:nil];
[aThread start];

• 呼叫NSObject的+performSelectorInBackground:withObject:方法生成子執行緒。

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[myObj performSelectorInBackground:
 
@selector(threadRoutine:) withObject:nil];

• 建立一個NSThread子類，然後呼叫子類例項的start方法，。

建立執行緒也是有開銷的，iOS下主要成本包括構造核心資料結構（大約1KB）、棧空間（子執行緒512KB、主執行緒1MB，不過可以使用方法-setStackSize:自己設定，注意必須是4K的倍數，而且最小是16K），建立執行緒大約需要90毫秒的建立時間。

第二種和第四種方法建立的執行緒有個好處是擁有執行緒的物件，因此可以使用performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:在該執行緒上執行方法，這是一種非常方便的執行緒間通訊的方法（相對於設定麻煩的NSPort用於通訊），所要執行的方法可以直接新增到目標執行緒的Runloop中執行。Apple建議使用這個介面執行的方法不要是耗時或者頻繁的操作，以免子執行緒的負載過重。

第三種方法其實與第一種方法是一樣的，都會直接生成一個子執行緒。

上面四種方法生成的子執行緒都是detached狀態，即主執行緒結束時這些執行緒都會被直接殺死；如果要生成joinable狀態的子執行緒，只能使用pthread介面啦。

如果需要，可以設定執行緒的優先順序(-setThreadPriority:)；如果要線上程中儲存一些狀態資訊，還可以使用到-threadDictionary得到一個NSMutableDictionary，以key-value的方式儲存資訊用於執行緒內讀寫。

NSThread的入口方法

要寫一個有效的子執行緒入口方法需要注意很多問題，示例程式碼：

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- (void)threadRoutine
{
    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
  BOOL moreWorkToDo = YES;
    BOOL exitNow = NO;
    NSRunLoop* runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    NSMutableDictionary* threadDict = [[NSThread currentThread] threadDictionary];
    [threadDict setValue:[NSNumber numberWithBool:exitNow] forKey:@"ThreadShouldExitNow"];
  //新增事件源
    [self myInstallCustomInputSource];
    while (moreWorkToDo && !exitNow)
    {
        //執行執行緒真正的工作方法，如果完成了可以設定moreWorkToDo為False
        [runLoop runUntilDate:[NSDate date]];
        exitNow = [[threadDict valueForKey:@"ThreadShouldExitNow"] boolValue];
    }
    [pool release];
}

• 必須建立一個NSAutoreleasePool，因為子執行緒不會自動建立。同時要注意這個pool因為是最外層pool，如果執行緒中要進行長時間的操作生成大量autoreleased的物件，則只有在該子執行緒退出時才會回收，因此如果執行緒中會大量建立autoreleased物件，那麼需要建立額外的NSAutoreleasePool，可以在NSRunloop每次迭代時建立和銷燬一個NSAutoreleasePool。
• 如果你的子執行緒會丟擲異常，最好在子執行緒中設定一個異常處理函式，因為如果子執行緒無法處理丟擲的異常，會導致程式直接Crash關閉。
• (可選)設定Run Loop，如果子執行緒只是做個一次性的操作，那麼無需設定Run Loop；如果子執行緒進入一個迴圈需要不斷處理一些事件，那麼設定一個Run Loop是最好的處理方式，如果需要Timer，那麼Run Loop就是必須的。
• 如果需要在子執行緒執行的時候讓子執行緒結束操作，子執行緒每次Run Loop迭代中檢查相應的標誌位來判斷是否還需要繼續執行，可以使用threadDictionary以及設定Input Source的方式來通知這個子執行緒。那麼什麼是Run Loop呢？這是涉及NSThread及執行緒相關的程式設計時無法迴避的一個問題。

Run Loop

Run Loop本身並不具備併發執行的功能，但是和多執行緒開發息息相關，而且概念令人迷惑，相關的介紹資料也很少，它的主要的特性如下：

• 每個執行緒都有一個Run Loop，主執行緒的Run Loop會在App執行時自動執行，子執行緒中需要手動執行。
• 每個Run Loop都會以一個模式mode來執行，可以使用NSRunLoop的- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate 方法執行在某個特定模式mode。
• Run Loop的處理兩大類事件源：Timer Source和Input Source(包括performSelector***方法簇、Port或者自定義Input Source)，每個事件源都會繫結在Run Loop的某個特定模式mode上，而且只有RunLoop在這個模式執行的時候才會觸發該Timer和Input Source。
• 如果沒有任何事件源新增到Run Loop上，Run Loop就會立刻exit。

Run Loop介面

要操作Run Loop，Foundation層和Core Foundation層都有對應的介面可以操作Run Loop。

Foundation層對應的是NSRunLoop:

Core Foundation層對應的是CFRunLoopRef：

兩組介面差不多，不過功能上還是有許多區別的，例如CF層可以新增自定義Input Source事件源(CFRunLoopSourceRef)和Run Loop觀察者Observer(CFRunLoopObserverRef)，很多類似功能的介面特性也是不一樣的。

Run Loop執行

Run Loop如何執行呢？在上一節NSThread的入口函式中使用了一種NSRunLoop的使用場景，再看一例：

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- (void)main
{
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"starting thread.......");
        NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2 target:self selector:@selector(doTimerTask) userInfo:nil repeats:YES];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [timer release];
        while (! self.isCancelled) {
            [self doOtherTask];
            BOOL ret = [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
            NSLog(@"after runloop counting.........: %d", ret);
        }
        NSLog(@"finishing thread.........");
    }
}
- (void)doTimerTask
{
    NSLog(@"do timer task");
}
- (void)doOtherTask
{
    NSLog(@"do other task");
}

我們看到入口方法裡建立了一個NSTimer，並且以NSDefaultRunLoopMode模式加入到當前子執行緒的NSRunLoop中。進入迴圈後肯定會執行-doOtherTask方式法一次，然後再以NSDefaultRunLoopMode模式執行NSRunLoop，如果一次Timer事件觸發處理後，這個Run Loop會返回嗎？答案是不會，Why？

NSRunLoop的底層是由CFRunLoopRef實現的，你可以想象成一個迴圈或者類似Linux下select或者epoll，當沒有事件觸發時，你呼叫的Run Loop執行方法不會立刻返回，它會持續監聽其他事件源，如果需要Run Loop會讓子執行緒進入sleep等待狀態而不是空轉，只有當Timer Source或者Input Source事件發生時，子執行緒才會被喚醒，然後處理觸發的事件，然而由於Timer source比較特殊，Timer Source事件發生處理後，Run Loop執行方法- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate;也不會返回；而其他非Timer事件的觸發處理會讓這個Run Loop退出並返回YES。當Run Loop執行在一個特定模式時，如果該模式下沒有事件源，執行Run Loop會立刻返回NO。

NSRunLoop的執行介面：

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//執行 NSRunLoop，執行模式為預設的NSDefaultRunLoopMode模式，沒有超時限制
- (void)run;
//執行 NSRunLoop: 引數為執行模式、時間期限，返回值為YES表示是處理事件後返回的，NO表示是超時或者停止執行導致返回的
- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate;
//執行 NSRunLoop: 引數為運時間期限，執行模式為預設的NSDefaultRunLoopMode模式 
-(void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate;

CFRunLoopRef的執行介面：

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//執行 CFRunLoopRef
void CFRunLoopRun();
//執行 CFRunLoopRef: 引數為執行模式、時間和是否在處理Input Source後退出標誌，返回值是exit原因
SInt32 CFRunLoopRunInMode (mode, seconds, returnAfterSourceHandled);
//停止執行 CFRunLoopRef
void CFRunLoopStop( CFRunLoopRef rl );
//喚醒 CFRunLoopRef
void CFRunLoopWakeUp ( CFRunLoopRef rl );

詳細講解下NSRunLoop的三個執行介面：

• - (void)run; 無條件執行

不建議使用，因為這個介面會導致Run Loop永久性的執行在NSDefaultRunLoopMode模式，即使使用CFRunLoopStop(runloopRef);也無法停止Run Loop的執行，那麼這個子執行緒就無法停止，只能永久執行下去。

• - (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate; 有一個超時時間限制

比上面的介面好點，有個超時時間，可以控制每次Run Loop的執行時間，也是執行在NSDefaultRunLoopMode模式。這個方法執行Run Loop一段時間會退出給你檢查執行條件的機會，如果需要可以再次執行Run Loop。注意CFRunLoopStop(runloopRef);也無法停止Run Loop的執行，因此最好自己設定一個合理的Run Loop執行時間。示例：

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while (!Done)
{
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate
                dateWithTimeIntervalSinceNow:10]];
    NSLog(@"exiting runloop.........:");
}

• - (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; 有一個超時時間限制，而且設定執行模式

這個介面在非Timer事件觸發、顯式的用CFRunLoopStop停止Run Loop、到達limitDate後會退出返回。如果僅是Timer事件觸發並不會讓Run Loop退出返回；如果是PerfromSelector***事件或者其他Input Source事件觸發處理後，Run Loop會退出返回YES。示例：

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while (!Done)
{
    BOOL ret = [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode
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    NSLog(@"exiting runloop.........: %d", ret);
}

那麼如何知道一個Run Loop是因為什麼原因exit退出的呢？NSRunLoop中沒有介面可以知道，而需要通過Core Foundation的介面來執行CFRunLoopRef，NSRunLoop其實就是CFRunLoopRef的二次封裝。使用CFRunLoop的介面(C的介面)來執行Run Loop，有兩個介面：

• void CFRunLoopRun(void);

執行在預設的kCFRunLoopDefaultMode模式下，直到使用CFRunLoopStop介面停止這個Run Loop，或者Run Loop的所有事件源都被刪除。

• SInt32 CFRunLoopRunInMode(CFStringRef mode, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled);

第一個引數是指RunLoop執行的模式（例如kCFRunLoopDefaultMode或者kCFRunLoopCommonModes），第二個引數是執行時間，第三個引數是是否在處理事件後讓Run Loop退出返回。 示例：

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while (!self.isCancelled)
{
    [self doOtherTask];
    SInt32 result = CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 2, YES);
    if (result == kCFRunLoopRunStopped)
    {
        [self cancel];
    }
    NSLog(@"exit run loop.........: %ld", result);
}

如果Run Loop退出返回後，返回值是SInt32型別(signed long)，表明Run Loop返回的原因，目前有四種：

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enum {
    kCFRunLoopRunFinished = 1, //Run Loop結束，沒有Timer或者其他Input Source
    kCFRunLoopRunStopped = 2, //Run Loop被停止，使用CFRunLoopStop停止Run Loop
    kCFRunLoopRunTimedOut = 3, //Run Loop超時
    kCFRunLoopRunHandledSource = 4 ////Run Loop處理完事件，注意Timer事件的觸發是不會讓Run Loop退出返回的，即使CFRunLoopRunInMode的第三個引數是YES也不行
};

注意：Run Loop是可以巢狀呼叫的(就像NSAutoreleasePool)，例如一個Run Loop執行過程中一個事件觸發後，那麼在觸發方法裡可以再運行當前子執行緒的Run Loop，然後由這個Run Loop等待其他事件觸發。不過這種巢狀Run Loop呼叫方式我用的比較少。

以上Run Loop執行方法參考本文最後的Sample Code自行嘗試。

Run Loop的執行模式Mode

iOS下Run Loop的主要執行模式mode有：

1) NSDefaultRunLoopMode: 預設的執行模式，除了NSConnection物件的事件。

2) NSRunLoopCommonModes: 是一組常用的模式集合，將一個input source關聯到這個模式集合上，等於將input source關聯到這個模式集合中的所有模式上。在iOS系統中NSRunLoopCommonMode包含NSDefaultRunLoopMode、NSTaskDeathCheckMode、UITrackingRunLoopMode，我有個timer要關聯到這些模式上，一個個註冊很麻煩，我可以用CFRunLoopAddCommonMode([[NSRunLoop currentRunLoop] getCFRunLoop],(__bridge CFStringRef) NSEventTrackingRunLoopMode)將NSEventTrackingRunLoopMode或者其他模式新增到這個NSRunLoopCommonModes模式中，然後只需要將Timer關聯到NSRunLoopCommonModes，即可以實現Run Loop執行在這個模式集合中任何一個模式時，這個Timer都可以被觸發。預設情況下NSRunLoopCommonModes包含了NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode。注意：讓Run Loop執行在NSRunLoopCommonModes下是沒有意義的，因為一個時刻Run Loop只能執行在一個特定模式下，而不可能是個模式集合。

3) UITrackingRunLoopMode: 用於跟蹤觸控事件觸發的模式（例如UIScrollView上下滾動），主執行緒當觸控事件觸發時會設定為這個模式，可以用來在控制元件事件觸發過程中設定Timer。

4) GSEventReceiveRunLoopMode: 用於接受系統事件，屬於內部的Run Loop模式。

5) 自定義Mode：可以設定自定義的執行模式Mode，你也可以用CFRunLoopAddCommonMode新增到NSRunLoopCommonModes中。

Run Loop執行時只能以一種固定的模式執行，只會監控這個模式下新增的Timer Source和Input Source，如果這個模式下沒有相應的事件源，Run Loop的執行也會立刻返回的。注意Run Loop不能在執行在NSRunLoopCommonModes模式，因為NSRunLoopCommonModes其實是個模式集合，而不是一個具體的模式，我可以在新增事件源的時候使用NSRunLoopCommonModes，只要Run Loop執行在NSRunLoopCommonModes中任何一個模式，這個事件源都可以被觸發。

Run Loop的事件源

歸根結底，Run Loop就是個處理事件的Loop，可以新增Timer和其他Input Source等各種事件源，如果事件源沒有發生時，Run Loop就可能讓執行緒進入asleep狀態，而事件源發生時就會喚醒休眠的(asleep)的子執行緒來處理事件。Run Loop的事件源事件源分兩類：Timer Source和Input Source(包括-performSelector:***API呼叫簇，Port Input Source、自定義Input Source)。

從上圖可以看出Run Loop就是處理事件的一個迴圈，不同的是Timer Source事件處理後不會使Run Loop結束，而Input Source事件處理後會讓Run Loop退出。因此你需要自己的一個Loop去不斷執行Run Loop來處理事件，就像本文開頭的示例那樣。

細分下Run Loop的事件源：

1) Timer Souce就是建立Timer新增到Run Loop中，沒啥好說的，Cocoa或者Core Foundation都有相應介面實現。需要注意的是scheduledTimerWith****開頭生成的Timer會自動幫你以預設NSDefaultRunLoopMode模式載入到當前的Run Loop中，而其他介面生成的Timer則需要你手動使用-addTimer:forMode新增到Run Loop中。需要額外注意的是Timer的觸發不會讓Run Loop返回。(Timer sources deliver events to their handler routines but do not cause the run loop to exit.) 具體實驗可以看下面的Sample Code。

2) Input Source中的-performSelector:***API呼叫簇方法，有以下這些介面：

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performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:
performSelector:withObject:afterDelay:
performSelector:withObject:afterDelay:inModes:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

這些API最後兩個是取消當前執行緒中呼叫，其他API是在主執行緒或者當前執行緒下的Run Loop中執行指定的@selector。

3) Port Input Source：概念上也比較簡單，可以用NSMachPort作為執行緒之間的通訊通道。例如在主執行緒建立子執行緒時傳入一個NSPort物件，這樣主執行緒就可以和這個子執行緒通訊啦，如果要實現雙向通訊，那麼子執行緒也需要回傳給主執行緒一個NSPort。

NSPort的子類除了NSMachPort，還可以使用NSMessagePort或者Core Foundation中的CFMessagePortRef。

注意：雖然有這麼棒的方式實現執行緒間通訊方式，但是估計是由於危及iOS的Sandbox沙盒環境，所以這些API都是私有介面，如果你用到NSPortMessage，XCode會提示'NSPortMessage' for instance message is a forward declaration。

4) 自定義Input Source：

向Run Loop新增自定義Input Source只能使用Core Foundation的介面：CFRunLoopSourceCreate建立一個source，CFRunLoopAddSource向Run Loop中新增source，CFRunLoopRemoveSource從Run Loop中刪除source，CFRunLoopSourceSignal通知source，CFRunLoopWakeUp喚醒Run Loop。

Apple官方文件提供了一個自定義Input Source使用模式。

主執行緒持有包含子執行緒的Run Loop和Source的context物件，還有一個用於儲存需要執行操作的