GCD学习

作者: 勇往直前888 | 来源:发表于2017-03-09 20:42 被阅读24次

多线程技术，首选的是NSOperation，在有些场合，考虑直接用GCD。c语言的风格，block的调用方式，更加灵活可控。
由于苹果推荐说用GCD，不过这是c风格了，跟Object-C这种面向对象的风格不是很符合。还是推荐NSOperation为主。当然，方便的时候，用用简单的经典的GCD也无妨。AFNetworking就是将NSOperation和GCD结合起来用的，比较经典。
GCD中一些类型的定义在系统的如下路径
/usr/include/dispatch/

下面这两篇文章比较好地解释了同步异步，串行并行的概念，可以参考一下。虽然文章名字差不多，不过真的是不一样的，而且写得都还不错。
iOS多线程与GCD 你看我就够了
 关于iOS多线程，你看我就够了

同步/异步（执行）

差异点在于是否阻塞当前的调用者线程，等待队列中的任务执行完毕。

同步执行

typedef void (^dispatch_block_t)(void);

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, DISPATCH_NOESCAPE dispatch_block_t block);

“阻塞”当前的调用者线程
“等待”队列中的任务执行完毕
激活当前的调用者线程，“然后”继续往下执行其他代码
如果队列中的任务长时间不返回，会出现界面“卡死”现象
如果调用者线程和队列执行线程是“同一线程”，会出现“自己等自己”现象，结果是“崩溃或者死机”
比如下面的代码如果在主线程执行，就会“崩溃或者死机”，原因就是出现了“主线程等主线程自己的情况”

NSLog(@"之前 - %@", [NSThread currentThread]);
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"sync - %@", [NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"之后 - %@", [NSThread currentThread]);

异步执行

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

格式基本和同步的差不多，就一个单词的差别，但是表现完全两样。上面的例子用这个函数的话，就不会“崩溃或者死机”。其输出一般情况是这样的：

之前 - 
之后 - 
sync -

只是派发队列中的函数，让其去执行，不阻塞自己，不等待
派发完后，直接执行下面的语句，碰到}，自己就先返回
队列中的函数如何执行，在哪执行，当前的调用者线程完全不关心
异步调用可以使“当前的调用者”和“队列如何执行”毫无关系，充分隔离
如果当前做的事和队列中要做的事没有先后依赖关系，那么推荐用异步调用的方式

串行/并行（队列）

dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *_Nullable label, dispatch_queue_attr_t _Nullable attr);

第一个参数是队列的名字，是个字符串；
第二个参数决定队列的性质，串行或者并行;
虽然有ARC，但生成的Dispatch Queue必须由程序员主动释放。

dispatch_release(exampleSerialDispatchQueue);  // 释放
dispatch_retain(exampleSerialDispatchQueue);   // 持有

两者的本质区别是：后面的任务是否等待前面的任务执行完毕

串行队列

第二个参数是DISPATCH_QUEUE_SERIAL或者是"NULL"
任务FIFO；因为只有一个管道，所以任务之间间有顺序依赖。就算是异步执行的，也要等前面的任务执行完毕，后面的任务才能执行
队列的优先级较高，串行队列中的任务，有先后顺序依赖，后面的任务要等待
如果任务间有顺序依赖，可以用串行队列，不需要考虑进程间同步的问题。“线程安全的”就是指串行队列。比如，可以把字典、数组操作放入一个串行队列，就解决“资源竞争”的问题了。
只开辟一个线程执行，一个执行完了，再接着下一个，所以没有时序问题，是“线程安全的”
主线程是一种串行队列，有时候主线程“卡死”，就是因为它在等待“耗时的任务”执行完毕

ispatch_queue_t dispatch_get_main_queue(void) {
    return DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_t, _dispatch_main_q);
}

并行队列

第二个参数是DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT
任务也是FIFO。但是后面的任务不需要等待前面的任务执行结束，没有先后的依赖关系。
后面的任务要后出队列，调度顺序上要落后一点。但是由于任务时间的关系。后面的任务完全有可能比前面的任务的先执行完毕
并行队列不需要等待前面的任务执行完毕，效率上会高一点。如果任务间没有顺序上的依赖，推荐用并行队列
如果是异步执行，可以开辟多个线程，任务间时序是不确定的。当然，如果是同步执行，任务间还是得等待，有先后依赖关系。
系统提供的默认可用的并行队列

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long identifier, unsigned long flags);

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2)
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN

第一个参数表示队列的优先级，一般用DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT；第2个参数基本上是0

单例

+ (instancetype)sharedManager {
    static AFNetworkReachabilityManager *_sharedManager = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        struct sockaddr_in address;
        bzero(&address, sizeof(address));
        address.sin_len = sizeof(address);
        address.sin_family = AF_INET;

        _sharedManager = [self managerForAddress:&address];
    });

    return _sharedManager;
}

这是AFNetworking中一个例子，单例基本就这个格式，非常方便
static可以是全局的，也可以是局部的。这里是局部的，其他文件访问不到，更好一点
typedef long dispatch_once_t; 本质是个long，这里有特殊含义，特殊用途

延时执行

void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
dispatch_time_t dispatch_time(dispatch_time_t when, int64_t delta);

typedef uint64_t dispatch_time_t;
#define DISPATCH_TIME_NOW (0ull)
#define DISPATCH_TIME_FOREVER (~0ull)

上面就是常用的函数和相应的配套函数和参数。第1个参数是时间，一般用第2个函数来获得，名字看上去都差不多。最小单位是纳秒，所以一般时间要用到下面几个常数定义。这个延时比NSTimer要精确一点，很多第3方库都在用，可以作为经典形式。
下面就是YYCache中的一个实际的例子

- (void)_trimRecursively {
    __weak typeof(self) _self = self;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(_autoTrimInterval * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0), ^{
        __strong typeof(_self) self = _self;
        if (!self) return;
        [self _trimInBackground];
        [self _trimRecursively];
    });
}

_autoTrimInterval就是要延迟执行的秒数

Group操作

有时候我们会有这种需求，在刚进去一个页面需要发送两个请求，并且更新页面操作必须在两个请求都结束（成功或失败）的时候才会执行。
第1种方式是用串行队列，两个网络请求依次进行，然后更新界面。这样做时序没有问题，不过当这两个网络请求之间没有相互依赖的话，效率损失比较大。
第2种方式是用NSOperationQueue，将最后的更新页面操作依赖前面2个网络操作就可以了，其他的事交给系统。这种是推荐的方式
第3种是用GCD的dispatch_group函数族，可以获得更高的性能，更灵活地控制。这种方式不推荐，不过在AFNetworking中有比较大量的应用，所以也不反对使用。

dispatch_group_t dispatch_group_create(void);
void dispatch_group_enter(dispatch_group_t group);
void dispatch_group_async(dispatch_group_t group, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
long dispatch_group_wait(dispatch_group_t group, dispatch_time_t timeout);
void dispatch_group_notify(dispatch_group_t group, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
void dispatch_group_leave(dispatch_group_t group);

dispatch_group_wait比较特殊，正常情况下不需要用到。比如，在这个例子中，两个网络请求之后就更新界面了。但是如果网络请求因为某种原因长时间不返回呢（这种情况还是蛮多的）？那就设一个超时时间吧。比如，最多等30s，如果还不返回，就显示网络不给力了。这个函数是同步的，傻等，结果看返回值，0表示成功。常见的超时等待处理方式。这种能力NSOperationQueue是没有的。

代码参考格式：

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_enter(group);
dispatch_async(dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    //在这里执行异步请求A
    并且在执行结束代码(成功或失败)中写上dispatch_group_leave(group);
});
dispatch_async(dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    //在这里执行异步请求B
    并且在执行结束代码(成功或失败)中写上dispatch_group_leave(group);
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    //在这里执行异步请求B
});

比NSOperationQueue复杂不了多少。

关于超时的参考格式：

#define kTimeOut   30ull 

dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (kTimeOut * NESC_PER_SEC))；
long result = dispatch_group_wait(group, time);
if(0 == result) { 
    // 在限定时间内返回；dispatch_group_notify执行，正常情况；啥也不用做，当然也可以log一下
} else { 
    // 超时了，任务还没有全部完成，dispatch_group_notify这时还没有执行
    // 如果这里显示超时，网络请求并不能取消，这个有点尴尬，dispatch_group_notify还是有可能执行的，只是观众不愿意等了
};

一些扫尾的工作

在文件object.h中有一些函数定义：

void dispatch_suspend(dispatch_object_t object);
void dispatch_resume(dispatch_object_t object);
void dispatch_cancel(void *object);
void dispatch_release(dispatch_object_t object);

在上面超时的例子中，是不是可以把group直接dispatch_cancel掉？
在离开页面的时候，是不是要把group dispatch_release？
有传说CGD的任务不能cancel，那是因为block是匿名函数，没法获得地址。如果把block用个变量保存起来，不是可以cancel了吗？或者直接cancel或者suspend block所在的queue，不是能取消了吗？

栅栏函数（这部分内容有点多，Option）

// 异步栅栏，比较常用
void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

// 同步栅栏，会阻塞当前的调用者线程，
void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

栅栏函数可以看做是dispatch_group的升级版。就像一个分界点，将队列一分为二，前后两部分有顺序依赖。可以简单的认为：

执行栅栏函数之前加入队列的任务；等待，直到任务全部执行完毕
执行栅栏函数添加到队列中的任务；
等待栅栏函数添加的任务，直到任务全部执行完毕。
执行栅栏函数之后添加的任务

下面这篇文章写得很不错，值得好好看看。以前一直讨厌这个栅栏，这次算有点理解了，开始喜欢这个栅栏函数：
通过GCD中的dispatch_barrier_(a)sync加强对sync中所谓等待的理解

实际的例子

- (void)insertObject:(id)anObject atIndex:(NSUInteger)index {
    dispatch_barrier_async(_queue, ^{
        [_array insertObject:anObject atIndex:index];
    });
}

这是weex框架中的一个例子
在类WXThreadSafeMutableArray中
这里可以当做dispatch_group的简化使用，因为栅栏之后没内容，作用跟dispatch_group一样，不过使用简单很多，是一种很讨巧的方式
鼓励这种用法，相比而言，dispatch_group实在有点复杂

自己写的一个例子

任务用简单的sleep表示
先加入的任务时间长（1秒），后加入的任务时间短（0.5秒），在同步的情况下是顺序的，在异步的情况下是倒序的，容易区分
调用者线程就是主线程，好理解一点

case1: 异步栅栏在前，同步栅栏在后

这种情况，将有可能影响当前线程（主线程）的同步操作放在后面，对当前线程的影响最小，相对好理解一点。

代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    dispatch_queue_t currentQueue = dispatch_queue_create("currentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    // 异步执行
    dispatch_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"dispatch_async 1");
    });
    dispatch_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_async 2");
    });
    
    // 栅栏异步执行
    dispatch_barrier_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_barrier_async");
    });
    NSLog(@"main thread after dispatch_barrier_async");
    
    // 栅栏同步执行
    dispatch_barrier_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_barrier_sync");
    });
    NSLog(@"main thread after dispatch_barrier_sync");
    
    // 同步执行
    dispatch_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"dispatch_sync 3");
    });
    dispatch_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_sync 4");
    });
}

输出的log：

2017-03-09 17:09:25.573 Barrier[82252:5039848] main thread after dispatch_barrier_async
2017-03-09 17:09:26.141 Barrier[82252:5039953] dispatch_async 2
2017-03-09 17:09:26.639 Barrier[82252:5039954] dispatch_async 1
2017-03-09 17:09:26.639 Barrier[82252:5039954] dispatch_barrier_async
2017-03-09 17:09:26.640 Barrier[82252:5039848] dispatch_barrier_sync
2017-03-09 17:09:26.640 Barrier[82252:5039848] main thread after dispatch_barrier_sync
2017-03-09 17:09:27.715 Barrier[82252:5039848] dispatch_sync 3
2017-03-09 17:09:28.289 Barrier[82252:5039848] dispatch_sync 4

过程分析：

main thread执行到dispatch_barrier_sync, 被阻塞，等待。这个时候，main thread after dispatch_barrier_async已经输出
任务1和2异步执行，逆序输出（2的任务时间短）
异步栅栏执行，输出dispatch_barrier_async
同步栅栏执行，输出dispatch_barrier_sync
main thread被唤醒，继续执行，输出main thread after dispatch_barrier_sync
main thread执行到dispatch_sync 3, 被阻塞，等待。
任务3，4同步执行，顺序输出（4的任务时间短也没用，要等3完成才能执行）
main thread被唤醒，继续执行，碰到}返回，过程结束

case2: 同步栅栏在前，异步栅栏在后

这里主要看栅栏同步异步的影响

代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    dispatch_queue_t currentQueue = dispatch_queue_create("currentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    // 异步执行
    dispatch_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"dispatch_async 1");
    });
    dispatch_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_async 2");
    });
    
    // 栅栏同步执行
    dispatch_barrier_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_barrier_sync");
    });
    NSLog(@"main thread after dispatch_barrier_sync");
    
    // 栅栏异步执行
    dispatch_barrier_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_barrier_async");
    });
    NSLog(@"main thread after dispatch_barrier_async");
    
    // 同步执行
    dispatch_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"dispatch_sync 3");
    });
    dispatch_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_sync 4");
    });
}

输出的log：

2017-03-09 20:59:47.526 Barrier[91896:5120619] dispatch_async 2
2017-03-09 20:59:48.027 Barrier[91896:5120621] dispatch_async 1
2017-03-09 20:59:48.528 Barrier[91896:5120438] dispatch_barrier_sync
2017-03-09 20:59:48.528 Barrier[91896:5120438] main thread after dispatch_barrier_sync
2017-03-09 20:59:48.529 Barrier[91896:5120438] main thread after dispatch_barrier_async
2017-03-09 20:59:49.029 Barrier[91896:5120621] dispatch_barrier_async
2017-03-09 20:59:50.051 Barrier[91896:5120438] dispatch_sync 3
2017-03-09 20:59:50.626 Barrier[91896:5120438] dispatch_sync 4

过程分析：

main thread执行到dispatch_barrier_sync, 被阻塞，等待。这个时候，啥也没有输出
任务1和2异步执行，逆序输出（2的任务时间短）
同步栅栏执行，输出dispatch_barrier_sync
main thread执行到dispatch_sync 3, 被阻塞，等待。这段时间main thread做的事情有：（a）main thread after dispatch_barrier_sync输出；（b）异步栅栏被分配，但是main thread没有被阻塞；（c）main thread after dispatch_barrier_async输出；
异步栅栏执行，输出dispatch_barrier_async
任务3，4同步执行，顺序输出（4的任务时间短也没用，要等3完成才能执行）
main thread被唤醒，继续执行，碰到}返回，过程结束

case3: 同步过程在前，异步过程在后

这个例子，调用者线程（这里是main thread）分配任务之后先于工作者线程返回，是大多数要用到的情况。

代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    dispatch_queue_t currentQueue = dispatch_queue_create("currentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 同步执行
    dispatch_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"dispatch_sync 3");
    });
    dispatch_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_sync 4");
    });
    
    // 栅栏同步执行
    dispatch_barrier_sync(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_barrier_sync");
    });
    NSLog(@"main thread after dispatch_barrier_sync");
    
    // 栅栏异步执行
    dispatch_barrier_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_barrier_async");
    });
    NSLog(@"main thread after dispatch_barrier_async");
    
    // 异步执行
    dispatch_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"dispatch_async 1");
    });
    dispatch_async(currentQueue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"dispatch_async 2");
    });
}

输出的log：

2017-03-09 21:08:39.715 Barrier[92752:5127802] dispatch_sync 3
2017-03-09 21:08:40.285 Barrier[92752:5127802] dispatch_sync 4
2017-03-09 21:08:40.856 Barrier[92752:5127802] dispatch_barrier_sync
2017-03-09 21:08:40.856 Barrier[92752:5127802] main thread after dispatch_barrier_sync
2017-03-09 21:08:40.856 Barrier[92752:5127802] main thread after dispatch_barrier_async
2017-03-09 21:08:41.430 Barrier[92752:5127902] dispatch_barrier_async
2017-03-09 21:08:41.999 Barrier[92752:5127901] dispatch_async 2
2017-03-09 21:08:42.499 Barrier[92752:5127902] dispatch_async 1

过程分析：

任务3，4同步执行，顺序输出（4的任务时间短也没用，要等3完成才能执行）
同步栅栏执行，输出dispatch_barrier_sync
这段时间main thread一直被阻塞，直到同步栅栏执行完毕
main thread被唤醒，继续执行，碰到}返回，main thread的过程结束。这段时间main thread做的事情有：（a）main thread after dispatch_barrier_sync输出；（b）异步栅栏被分配，但是main thread没有被阻塞；（c）main thread after dispatch_barrier_async输出；（d）任务1和2被分配，但是main thread没有被阻塞；
异步栅栏执行，输出dispatch_barrier_async
任务1和2异步执行，逆序输出（2的任务时间短）

小结

同步过程会阻塞当前的调用者线程，等待block中的任务执行完毕。除非必要，同步过程尽量不要用
栅栏函数可以作为dispatch_group一种简化用法，推荐使用。用异步栅栏就可以了。同步栅栏没有必要，增加理解的难度。
串行队列可以用在“线程安全的字典”等场景，比较方便
单例和延迟执行很经典，推荐使用
能用dispatch_group和栅栏函数解决问题的地方就不要用mutex，信号量等进程间同步的技术，一不小心就死锁了
栅栏比NSOperationQueue的依赖还好用，循环依赖也会带来死锁问题的。不过还是建议使用NSOperationQueue，上层API在内存管理等方面更让人省心和放心

GCD学习

同步/异步（执行）

同步执行

异步执行

串行/并行（队列）

串行队列

并行队列

单例

延时执行

Group操作

一些扫尾的工作

栅栏函数（这部分内容有点多，Option）

实际的例子

自己写的一个例子

case1: 异步栅栏在前，同步栅栏在后

case2: 同步栅栏在前，异步栅栏在后

case3: 同步过程在前，异步过程在后

小结

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