本拓展篇描述了Mac OS X和iOS上面一些關(guān)鍵的高級線程安全的框架。文中的信息有可能會發(fā)生改變。

一、Cocoa

在Cocoa上面使用多線程的指南包括以下這些：

(1)不可改變的對象一般是線程安全的。一旦你創(chuàng)建了它們，你可以把這些對象在線程間安全的傳遞。另一方面，可變對象通常不是線程安全的。為了在多線程應(yīng)用里面使用可變對象，應(yīng)用必須適當?shù)耐健ｊP(guān)于更多信息，參閱”可變和不可變對比”。

(2)許多對象在多線程里面不安全的使用被視為是”線程不安全的”。只要同一時間只有一個線程，那么許多這些對象可以被多個線程使用。這種被稱為專門限制應(yīng)用程序的主線程的對象通常被這樣調(diào)用。

(3)應(yīng)用的主線程負責處理事件。盡管Application Kit在其他線程被包含在事件路徑里面時還會繼續(xù)工作，但操作可能會被打亂順序。

(4)如果你想使用一個線程來繪畫一個視圖，把所有繪畫的代碼放在NSView的lockFocusIfCanDraw和unlockFocus方法中間。

為了在Cocoa里面使用POSIX線程，你必須首先把Cocoa變?yōu)槎嗑€程模式。關(guān)于更多信息，參閱“在Cocoa應(yīng)用里面使用POSIX線程”部分。

基礎(chǔ)框架（Fondation Framework）的線程安全

有一種誤解，認為基礎(chǔ)框架(Foundation framework)是線程安全的，而Application Kit是非線程安全的。不幸的是，這是一個總的概括，從而造成一點誤導(dǎo)。每個框架都包含了線程安全部分和非線程安全部分。以下部分介紹Foundation framework里面的線程安全部分。

線程安全的類和函數(shù)

下面這些類和函數(shù)通常被認為是線程安全的。你可以在多個線程里面使用它們的同一個實例，而無需獲取一個鎖。

• NSArray
• NSAssertionHandler
• NSAttributedString
• NSCalendarDate
• NSCharacterSet
• NSConditionLock
• NSConnection
• NSData
• NSDate
• NSDecimal functions
• NSDecimalNumber
• NSDecimalNumberHandler
• NSDeserializer
• NSDictionary
• NSDistantObject
• NSDistributedLock
• NSDistributedNotificationCenter
• NSException
• NSFileManager (in Mac OS X v10.5 and later)
• NSHost
• NSLock
• NSLog/NSLogv
• NSMethodSignature
• NSNotification
• NSNotificationCenter
• NSNumber
• NSObject
• NSPortCoder
• NSPortMessage
• NSPortNameServer
• NSProtocolChecker
• NSProxy
• NSRecursiveLock
• NSSet
• NSString
• NSThread
• NSTimer
• NSTimeZone
• NSUserDefaults
• NSValue
• 還有對象的allocation和retain函數(shù)
• Zone和內(nèi)存函數(shù)

非線程安全類

以下這些類和函數(shù)通常被認為是非線程安全的。在大部分情況下，你可以在任何線程里面使用這些類，只要你在同一個時間只在一個線程里面使用它們。參考這些類對于的額外詳細信息的文檔。

• NSArchiver
• NSAutoreleasePool
• NSBundle
• NSCalendar
• NSCoder
• NSCountedSet
• NSDateFormatter
• NSEnumerator
• NSFileHandle
• NSFormatter
• NSHashTable functions
• NSInvocation
• NSJavaSetup functions
• NSMapTable functions
• NSMutableArray
• NSMutableAttributedString
• NSMutableCharacterSet
• NSMutableData
• NSMutableDictionary
• NSMutableSet
• NSMutableString
• NSNotificationQueue
• NSNumberFormatter
• NSPipe
• NSPort
• NSProcessInfo
• NSRunLoop
• NSScanner
• NSSerializer
• NSTask
• NSUnarchiver
• NSUndoManager
• User name and home directory functions

注意，盡管NSSerializer,NSArchiver,NSCoder和NSEnumerator對象本身是線程安全的，但是它們被放置這這里是因為當它們封裝的對象被使用的時候，更改這些對象數(shù)據(jù)是不安全的。比如，在歸檔情況下，修改被歸檔的對象是不安全的。對于一個枚舉，任何線程修改枚舉的集合都是不安全的。

只能用于主線程的類

以下的類必須只能在應(yīng)用的主線程類使用。

• NSAppleScript

可變 vs 不可變

不可變對象通常是線程安全的。一旦你創(chuàng)建了它們，你可以把它們安全的在線程間傳遞。當前，在使用不可變對象時，你還應(yīng)該記得正確使用引用計數(shù)。如果不適當?shù)尼尫帕艘粋€你沒有引用的對象，你在隨后有可能造成一個異常。

可變對象通常是非線程安全的。為了在多線程應(yīng)用里面使用可變對象，應(yīng)用應(yīng)該使用鎖來同步訪問它們（關(guān)于更多信息，參見“原子操作”部分）。通常情況下，集合類（比如，NSMutableArray,NSMutableDictionary）是考慮多變時是非線程安全的。這意味著，如果一個或多個線程同時改變一個數(shù)組，將會發(fā)生問題。你應(yīng)該在線程讀取和寫入它們的地方使用鎖包圍著。

即使一個方法要求返回一個不可變對象，你不應(yīng)該簡單的假設(shè)返回的對象就是不可變的。依賴于方法的實現(xiàn)，返回的對象有可能是可變的或著不可變的。比如，一個返回類型是NSString的方法有可能實際上由于它的實現(xiàn)返回了一個NSMutableString。如果你想要確保對象是不可變的，你應(yīng)該使用不可變的拷貝。

可重入性

可重入性是可以讓同一對象或者不同對象上一個操作“調(diào)用”其他操作成為可能。保持和釋放對象就是一個有可能被忽視的”調(diào)用”的例子。

以下列表列出了Foundation framework的部分顯式的可重入對象。所有其他類可能是或可能不是可重入的，或者它們將來有可能是可重入的。對于可重入性的一個完整的分析是不可能完成的，而且該列表將會是無窮盡的。

• Distributed Objects
• NSConditionLock
• NSDistributedLock
• NSLock
• NSLog/NSLogv
• NSNotificationCenter
• NSRecursiveLock
• NSRunLoop
• NSUserDefaults

類的初始化

Objective-C的運行時系統(tǒng)在類收到其他任何消息之前給它發(fā)送一個initialize消息。這可以讓類有機會在它被使用前設(shè)置它的運行時環(huán)境。在一個多線程應(yīng)用里面，運行時保證僅有一個線程（該線程恰好發(fā)送第一條消息給類）執(zhí)行initialized方法，第二個線程阻塞直到第一個線程的initialize方法執(zhí)行完成。在此期間，第一個線程可以繼續(xù)調(diào)用其他類上的方法。該initialize方法不應(yīng)該依賴于第二個線程對這個類的調(diào)用。如果不是這樣的話，兩個線程將會造成死鎖。

自動釋放池(Autorelease Pools)

每個線程都維護它自己的NSAutoreleasePool的棧對象。Cocoa希望在每個當前線程的棧里面有一個可用的自動釋放池。如果一個自動釋放池不可用，對象將不會給釋放，從而造成內(nèi)存泄露。對于Application Kit的主線程通常它會自動創(chuàng)建并消耗一個自動釋放池，但是輔助線程（和其他只有Foundationd的程序）在使用Cocoa前必須自己手工創(chuàng)建。如果你的線程是長時間運行的，那么有可能潛在產(chǎn)生很多自動釋放的對象，你應(yīng)該周期性的銷毀它們并創(chuàng)建自動釋放池(就像Application Kit對主線程那樣)。否則，自動釋放對象將會積累并造成內(nèi)存大量占用。如果你的脫離線程沒有使用Cocoa，你不需要創(chuàng)建一個自動釋放池。

Run Loops

每個線程都有一個或多個run loop。然而每個run loop和每個線程都有它自己的輸入模式來決定run loop運行的釋放監(jiān)聽那些輸入源。輸入模式定義在一個run loop上面，不會影響定義在其他run loop的輸入模式，即使它們的名字相同。

如果你的線程是基于Application Kti的話，主線程的run loop會自動運行，但是輔助線程(和只有Foundation的應(yīng)用)必須自己啟動它們的run loop。如果一個脫離線程沒有進入run loop，那么線程在完成它們的方法執(zhí)行后會立即退出。

盡管外表顯式可能是線程安全的，但是NSRunLoop類是非線程安全的。你只能在擁有它們的線程里面調(diào)用它實例的方法。

Application Kit框架的線程安全

以下部分介紹了Application Kit框架的線程安全。

非線程安全類

以下這些類和函數(shù)通常是非線程安全的。大部分情況下，你可以在任何線程使用這些類，只要你在同一時間只有一個線程使用它們。查看這些類的文檔來獲得更多的詳細信息。

• NSGraphicsContext。多信息，參見“NSGraphicsContext 限制”。
• NSImage.更多信息，參見“NSImage 限制”。
• NSResponder。
• NSWindow和所有它的子類。更多信息，參見“Window 限制

只能用于主線程的類

以下的類必須只能在應(yīng)用的主線程使用。

1. NSCell和所有它的子類。
2. NSView和所有它的子類。更多信息，參見“NSView 限制”。

Window 限制

你可以在輔助線程創(chuàng)建一個window。Application Kit確保和window相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在主線程釋放來避免產(chǎn)生條件。在同時包含大量windows的應(yīng)用中，window對象有可能會發(fā)生泄漏。

你也可以在輔助線程創(chuàng)建modal window。在主線程運行modal loop時，Application Kit阻塞輔助線程的調(diào)用。

事件處理例程限制

應(yīng)用的主線程負責處理事件。主線程阻塞在NSApplication的run方法，通常該方法被包含在main函數(shù)里面。在Application Kit繼續(xù)工作時，如果其他線程被包含在事件路徑，那么操作有可能打亂順序。比如，如果兩個不同的線程負責關(guān)鍵事件，那么關(guān)鍵事件有可能不是按照順序到達。通過讓主線程來處理事件，事件可以被分配到輔助線程由它們處理。

你可以在輔助線程里面使用NSApplication的postEvent:atStart方法傳遞一個事件給主線程的事件隊列。然而，順序不能保證和用戶輸入的事件順序相同。應(yīng)用的主線程仍然輔助處理事件隊列的事件。

繪畫限制

Application Kit在使用它的繪畫函數(shù)和類時通常是線程安全的,包括NSBezierPath和NSString類。關(guān)于使用這些類的詳細信息，在以下各部分介紹。關(guān)于繪畫的額外信息和線程可以查看Cocoa Drawing Guide。

a)  NSView限制

NSView通常是線程安全的，包含幾個異常。你應(yīng)該僅在應(yīng)用的主線程里面執(zhí)行對NSView的創(chuàng)建、銷毀、調(diào)整大小、移動和其他操作。在其他輔助線程里面只要你把繪畫的代碼放在lockFocusIfCanDraw和unlockFocus方法之間也是線程安全的。

如果應(yīng)用的輔助線程想要告知主線程重繪視圖，一定不能在輔助線程直接調(diào)用display,setNeedsDisplay:,setNeedsDisplayInRect:，或setViewsNeedDisplay:方法。相反，你應(yīng)該給給主線程發(fā)生一個消息讓它調(diào)用這些方法，或者使用performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:方法。

系統(tǒng)視圖的圖形狀態(tài)(gstates)是基于每個線程不同的。使用圖形狀態(tài)可以在單線程的應(yīng)用里面獲得更好的繪畫性能，但是現(xiàn)在已經(jīng)不是這樣了。不正確使用圖形狀態(tài)可能導(dǎo)致主線程的繪畫代碼更低效。

b)  NSGraphicsContext 限制

NSGraphicsContext類代表了繪畫上下文，它由底層繪畫系統(tǒng)提供。每個NSGraphicsContext實例都擁有它獨立的繪畫狀態(tài)：坐標系統(tǒng)、裁剪、當前字體等。該類的實例在主線程自動創(chuàng)建自己的NSWindow實例。如果你在任何輔助線程執(zhí)行繪畫操作，需要特定為該線程創(chuàng)建一個新的NSGraphicsContext實例。

如果你在任何輔助線程執(zhí)行繪畫，你必須手工的刷新繪畫調(diào)用。Cocoa不會自動更新輔助線程繪畫的內(nèi)容，所以你當你完成繪畫后需要調(diào)用NSGraphicsContext的flusGrahics方法。如果你的應(yīng)用程序只在主線程繪畫，你不需要刷新繪畫調(diào)用。

c)  NSImage限制

線程可以創(chuàng)建NSImage對象，把它繪畫到圖片緩沖區(qū)，還可以把它傳遞給主線程來繪畫。底層的圖片緩存被所有線程共享。關(guān)于圖片和如何緩存的更多信息，參閱Ccocoa Drawing Guide。

Core Data框架

Core Data框架通常支持多線程，盡管需要注意一些使用注意事項。關(guān)于這些注意事項的更多信息，參閱Core Data Programing Guide的“Multi-Threading with Core Data”部分。

別走開，下頁內(nèi)容更精彩

#p#

二、Core Foundation（核心框架）

Core Foundation是足夠線程安全的，如果你的程序注意一下的話，應(yīng)該不會遇到任何線程競爭的問題。通常情況下是線程安全的，比如當你查詢（query）、引用(retain)、釋放(release)和傳遞(pass)不可變對象時。甚至在多個線程查詢中央共享對象也是線程安全的。

像Cocoa那樣，當涉及對象或它們內(nèi)容突變時，Core Foundation是非線程安全的。比如，正如你所期望的，無論修改一個可變數(shù)據(jù)或可變數(shù)組對象，還是修改一個可變數(shù)組里面的對象都是非線程安全的。其中一個原因是性能，這是在這種情況下的關(guān)鍵。此外，在該級別上實現(xiàn)完全線程安全是幾乎不可能的。例如，你不能排除從集合中引用（retain）一個對象產(chǎn)生的無法確定的結(jié)果。該集合本身在被調(diào)用來引用(retain)它所包含的對象之前有可能已經(jīng)被釋放了。

這些情況下，當你的對象被多個線程訪問或修改，你的代碼應(yīng)該在相應(yīng)的地方使用鎖來保護它們不要被同時訪問。例如，枚舉Core Foundation數(shù)組對象的代碼，在枚舉塊代碼周圍應(yīng)該使用合適的鎖來保護它免遭其他線程修改。

三、術(shù)語表

應(yīng)用（application）

一個顯示一個圖形用戶界面給用戶的特定樣式程序。

條件(condition)

一個用來同步資源訪問的結(jié)構(gòu)。線程等待某一條件來決定是否被允許繼續(xù)運行，直到其他線程顯式的給該條件發(fā)送信號。

臨界區(qū)(critical section)

同一時間只能不被一個線程執(zhí)行的代碼。

輸入源(input source)

一個線程的異步事件源。輸入源可以是基于端口的或手工觸發(fā)，并且必須被附加到某一個線程的run loop上面。

可連接的線程(join thread)

退出時資源不會被立即回收的線程。可連接的線程在資源被回收之前必須被顯式脫離或由其他線程連接。可連接線程提供了一個返回值給連接它的線程。

主線程(main thread)

當創(chuàng)建進程時一起創(chuàng)建的特定類型的線程。當程序的主線程退出，則程序即退出。

互斥鎖(mutex)

提供共享資源互斥訪問的鎖。一個互斥鎖同一時間只能被一個線程擁有。試圖獲取一個已經(jīng)被其他線程擁有的互斥鎖，會把當前線程置于休眠狀態(tài)知道該鎖被其他線程釋放并讓當前線程獲得。

操作對象(operation object)

NSOperation類的實例。操作對象封裝了和某一任務(wù)相關(guān)的代碼和數(shù)據(jù)到一個執(zhí)行單元里面。

操作隊列(operation queue)

NSOperationQueue類的實例。操作隊列管理操作對象的執(zhí)行。

進程(process)

應(yīng)用或程序的運行時實例。一個進程擁有獨立于分配給其他程序的的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源（包括端口權(quán)限）。進程總是包含至少一個線程（即主線程）和任意數(shù)量的額外線程。

程序(program)

可以用來執(zhí)行某些任務(wù)的代碼和資源的組合。程序不需要一個圖形用戶界面，盡管圖形應(yīng)用也被稱為程序。

遞歸鎖(recursive lock)

可以被同一線程多次鎖住的鎖。

Run loop（運行循環(huán)）

一個事件處理循環(huán)，在此期間事件被接收并分配給合適的處理例程。

Run loop模式(run loop mode)

與某一特定名稱相關(guān)的輸入源、定時源和run loop觀察者的集合。當運行在某一特定“模式”下，一個run loop監(jiān)視和該模式相關(guān)的源和觀察者。

Run loop對象(run loop object)

NSRunLoop類或CFRunLoopRef不透明類型的實例。這些對象提供線程里面實現(xiàn)事件處理循環(huán)的接口。

Run loop觀察者(run loop observer)

在run loop運行的不同階段時接收通知的對象。

信號量(semaphore)

一個受保護的變量，它限制共享資源的訪問。互斥鎖(mutexes)和條件(conditions)都是不同類型的信號量。

任務(wù)(task)

要執(zhí)行的工作數(shù)量。盡管一些技術(shù)(最顯著的是Carbon 多進程服務(wù)—Carbon Multiprocessing Services)使用該術(shù)語的意義有時不同，但是最通用的用法是表明需要執(zhí)行的工作數(shù)量的抽象概念。

線程(thread)

進程里面的一個執(zhí)行過程流。每個線程都有它自己的棧空間，但除此之外同一進程的其他線程共享內(nèi)存。

定時源(timer source)

為線程同步事件的源。定時器產(chǎn)生預(yù)定時間將要執(zhí)行的一次或重復(fù)事件。

四、結(jié)束語

多線程編程在開發(fā)應(yīng)用的時候非常有幫助。比如你可以在后臺加載圖片，等圖片加載完成后再在主線程更新等，或者在后臺處理一些需要占用CPU很長時間的事件（比如請求服務(wù)器，加載數(shù)據(jù)等）。要體會多線程編程的好處，還得多實戰(zhàn)，結(jié)合使用多種多線程技術(shù)。特別要注意Run Loop的使用，很多開發(fā)者在編寫多線程應(yīng)用的時候很少關(guān)注過Run Loop。如果你仔細閱讀并掌握Run Loop的細節(jié)，將會幫助你寫出更優(yōu)美的代碼。同步是多線程編程的老生常談，估計大學(xué)時候大家都基本熟悉了同步的重要性。

最后，本文在翻譯過程中發(fā)現(xiàn)很多地方直譯成中文比較晦澀，所以采用了意譯的方式，這不可避免的造成有一些地方可能和原文有一定的出入，所以如果你閱讀的時候發(fā)現(xiàn)有任何的錯誤都可以討論指正。