ios系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的研究

一、蘋果手機(jī)的三種線性技術(shù)自2007年第一年發(fā)行i手機(jī)到2007年銷售六代以來(lái)，蘋果已經(jīng)成為智能手機(jī)市場(chǎng)的重要組成部分。除了優(yōu)雅的外觀、卓越的性能和良好的用戶體驗(yàn)外，android手機(jī)保持不變的重要原因也是ios系統(tǒng)中線化技術(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本文將以多線程概念為切入點(diǎn),對(duì)比分析三種主要的多線程技術(shù)并分析各自優(yōu)缺點(diǎn),最后給出了在實(shí)際開發(fā)過(guò)程中應(yīng)側(cè)重采用哪種技術(shù)的建議。二、多線程技術(shù)進(jìn)程是指正在運(yùn)行中的程序,它負(fù)責(zé)程序運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存分配,每一個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的虛擬內(nèi)存空間。線程是進(jìn)程中一個(gè)獨(dú)立的控制單元,一個(gè)進(jìn)程中至少包含一條線程,即主線程,在程序運(yùn)行時(shí),可以將耗時(shí)的執(zhí)行路徑放在其他線程中執(zhí)行,線程不能被終結(jié),但是可以被暫?；蛘咝菝摺?.2多線程概念多線程(multithreading),指的是在軟件或硬件上讓多個(gè)線程實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的技術(shù)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)具有多線程能力,再加上硬件的支持,因而能夠在同一時(shí)間執(zhí)行多于一個(gè)線程,進(jìn)而使整體處理性能得到提升。具有這種能力的處理器包括對(duì)稱多處理機(jī)、多核心處理器以及芯片級(jí)多處理或同時(shí)多線程處理器。2.3iOS系統(tǒng)中的線程在iOS系統(tǒng)程序啟動(dòng)中,創(chuàng)建好一個(gè)進(jìn)程的同時(shí),一個(gè)線程便開始運(yùn)行,這個(gè)線程叫主線程。主線程在程序中的地位和其他線程不同,它是其他線程最終的父線程,且所有界面的顯示操作即UIKit的操作必須在主線程進(jìn)行。iOS每個(gè)進(jìn)程中可以開啟多個(gè)線程,由操作系統(tǒng)分配短暫的時(shí)間片輪流使用CPU,由于CPU對(duì)每個(gè)時(shí)間片的處理速度非常快,因此,從用戶使用角度來(lái)看,任務(wù)是同時(shí)執(zhí)行的。三、動(dòng)態(tài)訪問(wèn)機(jī)制NSThread是iOS系統(tǒng)多線程實(shí)現(xiàn)技術(shù)里相對(duì)輕量級(jí)的,但也是使用起來(lái)需要開發(fā)人員自己維護(hù)的:需要自己管理thread的生命周期,線程之間的同步等等問(wèn)題。當(dāng)不同線程需要共享同一應(yīng)用程序的部分內(nèi)存空間時(shí),它們擁有對(duì)數(shù)據(jù)相同的訪問(wèn)權(quán)限,這就需要開發(fā)人員協(xié)調(diào)多個(gè)線程對(duì)同一數(shù)據(jù)的訪問(wèn),而這種協(xié)調(diào)操作會(huì)導(dǎo)致一定的性能開銷。NSThread的初始化有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法:靜態(tài)實(shí)現(xiàn)方法:動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法:其中,selector:線程執(zhí)行的方法,這個(gè)selector最多只能接收一個(gè)參數(shù);target:selector消息發(fā)送的對(duì)象;argument:傳給selector的唯一參數(shù),也可以是nil。這兩種方式的區(qū)別是:前者在實(shí)現(xiàn)后就會(huì)立即創(chuàng)建一個(gè)線程來(lái)做事情;而后者雖然初始化完成,但是需要手動(dòng)調(diào)用start啟動(dòng)線程時(shí)才會(huì)真正去創(chuàng)建線程。3.2任務(wù)和任務(wù)的并行GCD(GrandCentralDispatch),是基于C語(yǔ)言的底層API。GCD的基本概念就是dispatchqueue。dispatchqueue是一個(gè)對(duì)象,它可以接受任務(wù),并將任務(wù)以先到先執(zhí)行的順序來(lái)執(zhí)行。dispatchqueue可以是并發(fā)的或串行的。并發(fā)任務(wù)會(huì)像NSOperationQueue那樣基于系統(tǒng)負(fù)載來(lái)合適地并發(fā)進(jìn)行,串行隊(duì)列同一時(shí)間只執(zhí)行單一任務(wù)。GCD的基本思想就是將操作放在隊(duì)列中去執(zhí)行,要使用隊(duì)列,首先需要調(diào)用函數(shù)dispatch_queue_create進(jìn)行創(chuàng)建,隊(duì)列負(fù)責(zé)調(diào)度任務(wù)執(zhí)行所在的線程以及具體的執(zhí)行時(shí)間。其次向一個(gè)隊(duì)列提交操作,通過(guò)調(diào)用dispatch_async函數(shù),傳入一個(gè)隊(duì)列和一個(gè)操作。隊(duì)列會(huì)在輪到這個(gè)block執(zhí)行時(shí)執(zhí)行該操作。GCD中有四種主要隊(duì)列:串行隊(duì)列:同步操作不會(huì)新建線程,操作順序執(zhí)行;異步操作會(huì)新建線程,操作順序執(zhí)行。并行隊(duì)列:同步操作不會(huì)新建線程,操作順序執(zhí)行;異步操作會(huì)新建多個(gè)線程,操作無(wú)序執(zhí)行,隊(duì)列前如果有其他任務(wù),會(huì)等待前面的任務(wù)完成之后再執(zhí)行。全局隊(duì)列:全局隊(duì)列是系統(tǒng)的,直接GET即可,與并行隊(duì)列類似,但調(diào)試時(shí),無(wú)法確認(rèn)操作所在隊(duì)列。主隊(duì)列:每一個(gè)應(yīng)用程序都對(duì)應(yīng)唯一的主隊(duì)列,直接GET即可,在多線程開發(fā)中,使用主隊(duì)列更新UI?？傊?隊(duì)列不是線程,也不表示對(duì)應(yīng)的CPU,隊(duì)列就是負(fù)責(zé)調(diào)度的。多線程技術(shù)的目的,就是為了在一個(gè)CPU上實(shí)現(xiàn)快速切換。3.3NSOperation&NSOperationQueue多線程實(shí)現(xiàn)NSOperation是GCD提供隊(duì)列模型的Cocoa抽象,是一套Objective-C的API,而NSOperationQueue(操作隊(duì)列)則在GCD之上實(shí)現(xiàn)了一些方便的功能,這些功能對(duì)開發(fā)者而言通常是最好最安全的選擇。NSOperationQueue與GCD相同,都是依靠隊(duì)列來(lái)完成多線程操作,它其中有兩種不同類型的隊(duì)列:運(yùn)行在主線程上的主隊(duì)列和在后臺(tái)執(zhí)行的自定義隊(duì)列。NSOperation是抽象的父類,要進(jìn)行隊(duì)列處理任務(wù)時(shí)都需要繼承實(shí)現(xiàn)其兩個(gè)子類:NSInvocationOperation和NSBlockOperation。使用NSOperation實(shí)現(xiàn)多線程調(diào)度操作時(shí),同樣需要定義隊(duì)列,在定義完成之后需要定義要進(jìn)行的操作,最后把定義的操作加入到隊(duì)列中。從本質(zhì)上看,NSOperationQueue操作隊(duì)列的性能會(huì)比GCD略低,不過(guò),大多數(shù)情況下這點(diǎn)負(fù)面影響可以忽略不計(jì),操作隊(duì)列是并發(fā)編程的首選工具。四、ios仿真體系優(yōu)點(diǎn):相對(duì)于其他兩種技術(shù),NSThread是最輕量級(jí)的,易于上手使用,適合iOS初學(xué)者使用。缺點(diǎn):不能控制線程的數(shù)量以及執(zhí)行順序,開發(fā)人員需要自己管理thread的生命周期,線程之間的同步等問(wèn)題,因此容易出現(xiàn)開發(fā)漏洞。4.2多核編程管理優(yōu)點(diǎn):基于C語(yǔ)言的底層API封裝,因此在進(jìn)行多線程開發(fā)時(shí)可以傳block,也可以傳c函數(shù)指針,用于多核編程,方便高效。所有的多線程代碼集中在一起,便于維護(hù),GCD中無(wú)需使用@autoreleasepool。缺點(diǎn):對(duì)C語(yǔ)言陌生的開發(fā)人員來(lái)說(shuō)理解可能存在一定困難,而且GCD一種輕量級(jí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程,控制起來(lái)比較麻煩,比如取消和暫停一個(gè)線程,以及在線程中不同操作之間的依賴關(guān)系。4.3模式1:面對(duì)象封裝優(yōu)點(diǎn):基于GCD的Object-C的封裝,與iOS開發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng),同時(shí)因其為面相對(duì)象封裝,所以在操作不同線程任務(wù)之間的依賴上更加方便,開發(fā)人員不需要關(guān)心線程管理,數(shù)據(jù)同步的事情,可以把精力放在自己需要執(zhí)行的操作上。缺點(diǎn):因?yàn)槭菍?duì)GCD的再一次封裝,在性能上較GCD略低。五、控制并進(jìn)行多線程技術(shù)通過(guò)以上對(duì)iOS系統(tǒng)中三種主要多線程技術(shù)的研究和比較,可以得出,在實(shí)際開發(fā)過(guò)程中,開發(fā)人員應(yīng)盡量避免采用輕量級(jí)的NSThread,而主要采用GCD與N