iOS 简单谈一谈多线程GCD

作者: Cary9396 | 来源:发表于2018-11-06 15:17 被阅读0次

iOS开发中不免你会遇到多线程开发，我们都知道多线程的实现方式一般有NSThread、NSOperation以及GCD。我们一般都会选择GCD。今天，我们就来聊一下GCD。

1.什么是GCD，GCD有什么好处。

Grand Central Dispatch(GCD)是Apple开发的一种多核心编程的解决方法。它是一个在线程池模式的基础上执行的并发任务。可用于多核心的并行运算，会自动利用更多的CPU内核，会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）。

2.GCD任务和队列

GCD有两个核心概念：任务和队列

任务：就是执行操作的意思。在GCD中我们通常把需要执行的代码放在block中。执行任务有两种方式：同步执行（sync）和异步执行（async）。两者区别:是否等待对列的任务执行结束，以及是否具备开启新线程的能力。

同步执行（sync）：同步添加任务到指定的队列中，在添加任务执行结束之前，会一直等待，直到队列中任务完成之后再继续执行。只能在当前线程中执行任务，不具备开启线程的能力。

异步执行（async）：异步添加任务到指定队列，不会做任何等待，可以继续执行任务。可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。

队列：这里的队列指执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列，队列是一种特殊的线性表，先进先出。即新任务总是被插入到队列的末尾，二读取任务的时候总是从头部开始。每读取一个任务，就释放一个任务。GCD中有两种队列：串行队列和并行队列。

串行队列：每次只有一个任务被执行。让任务一个接着一个执行。（只开启一个线程，一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

并行队列：可以让多个任务并发（同时）执行。（可以开启多个线程，并且同时执行任务）

3.GCD的使用

使用其实很简单：
1.创建一个队列
2.将任务追加到任务的等待队列中，然后系统就会根据任务类型执行任务。

3.1队列的创建方法/获取方法

可以使用dispatch_queue_create来创建队列，需要传入两个参数，第一个参数表示队列的唯一标识符，用于 DEBUG，可为空，Dispatch Queue 的名称推荐使用应用程序 ID 这种逆序全程域名；第二个参数用来识别是串行队列还是并发队列。DISPATCH_QUEUE_SERIAL 表示串行队列，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 表示并发队列。

// 串行队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.zexue.testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 并发队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.zexue.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

对于串行队列，GCD 提供了的一种特殊的串行队列：主队列（Main Dispatch Queue）。
所有放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行。
可使用dispatch_get_main_queue()获得主队列。

// 主队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

对于并发队列，GCD 默认提供了全局并发队列（Global Dispatch Queue）。
可以使用dispatch_get_global_queue来获取。需要传入两个参数。第一个参数表示队列优先级，一般用DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT。第二个参数暂时没用，用0即可。

// 全局并发队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

3.2创建任务

GCD 提供了同步执行任务的创建方法dispatch_sync和异步执行任务创建方法dispatch_async。

// 同步执行任务创建方法
dispatch_sync(queue, ^{
    // 这里放同步执行任务代码
});
// 异步执行任务创建方法
dispatch_async(queue, ^{
    // 这里放异步执行任务代码
});

因为有两种队列（串行队列/并发队列），两种任务执行方式（同步执行/异步执行）于是就有了四种组合方式：
1.同步执行 + 并发队列
2.异步执行 + 并发队列
3.同步执行 + 串行队列
4.异步执行 + 串行队列
由于主队列有点特殊，于是又多了两种组合方式：
5.同步执行 + 主队列
6.异步执行 + 主队列

这些组合的区别：

同步(sync)
并发队列：没有开启新线程，串行执行任务
串行队列：没有开启新线程，串行执行任务
主队列：没有开启新线程，串行执行任务

异步(async)
并发队列：有开启新线程，并发执行任务
串行队列：有开启新线程(1条)，串行执行任务
主队列：没有开启新线程，串行执行任务

在 iOS 开发过程中，我们一般在主线程里边进行 UI 刷新，例如：点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程，比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时，需要回到主线程，那么就用到了线程之间的通讯。

/**
 * 线程间通信
 */
- (void)communication {
    // 获取全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); 
    // 获取主队列
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue(); 
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 异步追加任务
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        
        // 回到主线程
        dispatch_async(mainQueue, ^{
            // 追加在主线程中执行的任务
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        });
    });
}

可以看到在其他线程中先执行任务，执行完了之后回到主线程执行主线程的相应操作。

4.GCD的进阶使用方法

4.1栅栏方法：dispatch_barrier_async

我们有时需要异步执行两组操作，而且第一组操作执行完之后，才能开始执行第二组操作。这样我们就需要一个相当于栅栏一样的一个方法将两组异步执行的操作组给分割起来，当然这里的操作组里可以包含一个或多个任务。这就需要用到dispatch_barrier_async方法在两个操作组间形成栅栏。
dispatch_barrier_async函数会等待前边追加到并发队列中的任务全部执行完毕之后，再将指定的任务追加到该异步队列中。然后在dispatch_barrier_async函数追加的任务执行完毕之后，异步队列才恢复为一般动作，接着追加任务到该异步队列并开始执行。

/**
 * 栅栏方法 dispatch_barrier_async
 */
- (void)barrier {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
 
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        // 追加任务 barrier
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"barrier---%@",[NSThread currentThread]);// 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务4
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"4---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
}

在执行完栅栏前面的操作之后，才执行栅栏操作，最后再执行栅栏后边的操作。

4.2延时执行方法：dispatch_after

我们经常会遇到这样的需求：在指定时间（例如3秒）之后执行某个任务。可以用 GCD 的dispatch_after函数来实现。
需要注意的是：dispatch_after函数并不是在指定时间之后才开始执行处理，而是在指定时间之后将任务追加到主队列中。严格来说，这个时间并不是绝对准确的，但想要大致延迟执行任务，dispatch_after函数是很有效的。

/**
 * 延时执行方法 dispatch_after
 */
- (void)after {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"asyncMain---begin");
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 2.0秒后异步追加任务代码到主队列，并开始执行
        NSLog(@"after---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    });
}

4.3一次性代码（只执行一次）：dispatch_once

我们在创建单例、或者有整个程序运行过程中只执行一次的代码时，我们就用到了 GCD 的 dispatch_once 函数。使用
dispatch_once 函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次，并且即使在多线程的环境下，dispatch_once也可以保证线程安全。

/**
 * 一次性代码（只执行一次）dispatch_once
 */
- (void)once {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
    });
}

4.4快速迭代方法：dispatch_apply

通常我们会用 for 循环遍历，但是 GCD 给我们提供了快速迭代的函数dispatch_apply。dispatch_apply按照指定的次数将指定的任务追加到指定的队列中，并等待全部队列执行结束。
我们可以利用异步队列同时遍历。比如说遍历 0~5 这6个数字，for 循环的做法是每次取出一个元素，逐个遍历。dispatch_apply可以同时遍历多个数字。

/**
 * 快速迭代方法 dispatch_apply
 */
- (void)apply {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    NSLog(@"apply---begin");
    dispatch_apply(6, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%zd---%@",index, [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"apply---end");
}

因为是在并发队列中异步队执行任务，所以各个任务的执行时间长短不定，最后结束顺序也不定。但是apply---end一定在最后执行。这是因为dispatch_apply函数会等待全部任务执行完毕。

4.5队列组：dispatch_group

有时候我们会有这样的需求：分别异步执行2个耗时任务，然后当2个耗时任务都执行完毕后再回到主线程执行任务。这时候我们可以用到 GCD 的队列组。

调用队列组的 dispatch_group_async 先把任务放到队列中，然后将队列放入队列组中。或者使用队列组的 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave 组合来实现
dispatch_group_async。
调用队列组的 dispatch_group_notify 回到指定线程执行任务。或者使用 dispatch_group_wait 回到当前线程继续向下执行（会阻塞当前线程）。

/**
 * 队列组 dispatch_group_notify
 */
- (void)groupNotify {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"group---begin");
    
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 等前面的异步任务1、任务2都执行完毕后，回到主线程执行下边任务
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        NSLog(@"group---end");
    });

   // 等待上面的任务全部完成后，会往下继续执行（会阻塞当前线程）
  //  dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
}

dispatch_group_enter、dispatch_group_leave组合，其实等同于dispatch_group_async。

/**
 * 队列组 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave
 */
- (void)groupEnterAndLeave
{
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"group---begin");
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程.
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        NSLog(@"group---end");
    });
    
//    // 等待上面的任务全部完成后，会往下继续执行（会阻塞当前线程）
//    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
//
//    NSLog(@"group---end");
}

这些就是GCD的大致用法，还有个semaphore 下回会专门说明。

参考：Objective-C 高级编程 iOS 与 OS X 多线程和内存管理