GCD基本功能小结

作者: Daved | 来源:发表于2017-05-07 17:08 被阅读23次

GCD缘起

GCD(Grand Central Dispatch) 是 Apple 开发的一个基于C的并发编程解决方案，为代码在iOS和OS X的多核硬件上执行提供支持。该方案在 Mac OS X 10.6 雪豹中首次推出，并随后被引入到了 iOS4.0 中。使用者不需要编写任何线程管理代码，GCD底层实现了线程相关生命周期的管理工作(创建、调度、销毁等)。

核心概念

任务：一段基于Block的代码，将要使用GCD来执行该段代码。
队列：按照FIFO(First In First Out)的方式调度任务在哪一个线程上执行。GCD包括以下几种队列。

串行队列：任务在指定线程上一个接着一个顺序的执行
并发队列：多个任务在多个线程上同时执行

基本使用

获取队列

串行队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.mySerialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 或者如下方式
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.mySerialQueue", NULL);

并发队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.myConcrrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

获取GCD提供的队列
- 主队列：(负责在主线程上进行任务调度，如果主线程上有任务在执行，会等待主线程空闲后再调度任务执行)主要用于UI更新相关操作
```
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
```
- 全局队列：(全局队列和并发队列调度方式相同，但全局队列没有名称)主要用于执行耗时操作
```
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
```
全局队列优先级：队列优先级可以有2中设定方式dispatch_queue_priority_t和QoS(Quality of Service)，QoS为iOS8以后推出，对优先级进行了更为细致的划分。

执行任务

同步方式

任务被添加到队列后会在任务调用上下文线程中执行，不会开启新线程。

串行队列

定义如下同步串行队列方式执行的GCD任务
```
- (void)gcdSyncSerail
```

{
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

NSLog(@"start!!");
dispatch_sync(queue, ^{
    NSLog(@"work thread:%@", [NSThread currentThread]);
});

NSLog(@"end!!");

}
```

在子线程中调用

```
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"current thread:%@", [NSThread currentThread]);
    [self gcdSyncSerail];
});
```
运行结果

```

2017-xx-xx xx:xx:xx.496 current thread:<NSThread: 0x608000261bc0>{number = 3, name = (null)}
2017-xx-xx xx:xx:xx.497 start!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.498 work thread:<NSThread: 0x608000261bc0>{number = 3, name = (null)}
2017-xx-xx xx:xx:xx.498 end!!
```

在*主线程*调用运行结果如下

```

2017-xx-xx xx:xx:xx.496 current thread:<NSThread: 0x600000078780>{number = 1, name = main}
2017-xx-xx xx:xx:xx.497 start!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.498 work thread:<NSThread: 0x600000078780>{number = 1, name = main}
2017-xx-xx xx:xx:xx.498 end!!
```

并发队列

定义如下同步并发队列方式执行的GCD任务

  ```
  - (void)gcdSyncConcurrent
  {
      dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.concur", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
      NSLog(@"start!!");
      for (int i = 0; i < 5; i++) {
              dispatch_sync(queue, ^{
                  NSLog(@"work thread:%@ %d", [NSThread currentThread], i);
              });
      }
      NSLog(@"end!!");
  }
  ```

在子线程中调用

  ```
  dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
  dispatch_async(queue, ^{
      NSLog(@"current thread:%@", [NSThread currentThread]);
      [self gcdSyncConcurrent];
  });
  ```

运行结果

  ```
  2017-xx-xx xx:xx:xx.364 current thread:<NSThread: 0x600000262e00>{number = 3, name = (null)}
  2017-xx-xx xx:xx:xx.365 start!!
  2017-xx-xx xx:xx:xx.365 work thread:<NSThread: 0x600000262e00>{number = 3, name = (null)} 0
  2017-xx-xx xx:xx:xx.366 work thread:<NSThread: 0x600000262e00>{number = 3, name = (null)} 1
  2017-xx-xx xx:xx:xx.367 work thread:<NSThread: 0x600000262e00>{number = 3, name = (null)} 2
  2017-xx-xx xx:xx:xx.367 work thread:<NSThread: 0x600000262e00>{number = 3, name = (null)} 3
  2017-xx-xx xx:xx:xx.368 work thread:<NSThread: 0x600000262e00>{number = 3, name = (null)} 4
  2017-xx-xx xx:xx:xx.368 end!!

  ```

在主线程调用运行结果同串行队列，不会开启新线程，按顺序执行队列中的任务。

主队列：
- 在 主线程 中使用 主队列 执行 同步任务 会造成死锁导致程序崩溃。
- 在 子线程 中使用 主队列 执行 同步任务 会在 主线程 中顺序执行。
  
  定义如下同步任务
```
- (void)gcdSyncMain
{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    NSLog(@"start!!");

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"work thread:%@ %d", [NSThread currentThread], i);
        });
    }
    NSLog(@"end!!");
}
```
  在子线程中调用
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"current thread:%@", [NSThread currentThread]);
[self gcdSyncMain];
});
```
```
  运行结果
  
  ```
```
2017-xx-xx xx:xx:xx.096 current thread:<NSThread: 0x60000007d1c0>{number = 3, name = (null)}
2017-xx-xx xx:xx:xx.096 start!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 work thread:<NSThread: 0x6000000752c0>{number = 1, name = main} 0
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 work thread:<NSThread: 0x6000000752c0>{number = 1, name = main} 1
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 work thread:<NSThread: 0x6000000752c0>{number = 1, name = main} 2
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 end!!
```

异步方式

任务被添加到队列后会开启新线程来执行，开启线程数量由GCD来控制，目前尚无相关API来设置。

串行队列

任务被添加到队列后，GCD会开启1个新线程，在该线程中顺序执行被添加到队列的任务，可以使用同步串行队列的示例代码(将任务执行方式由同步dispatch_sync修改为异步方式dispatch_async)进行验证。

运行结果如下

2017-xx-xx xx:xx:xx.096 begin!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.096 end!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x60000026c280>{number = 3, name = (null)} 0
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x60000026c280>{number = 3, name = (null)} 1
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x60000026c280>{number = 3, name = (null)} 2
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 <NSThread: 0x60000026c280>{number = 3, name = (null)} 3
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 <NSThread: 0x60000026c280>{number = 3, name = (null)} 4

并发队列

任务被添加到队列后，GCD会开启 多个新线程 ，在这些线程中并发执行被添加到队列的任务，可以使用同步并发队列的示例代码(将任务执行方式由同步dispatch_sync修改为异步方式dispatch_async)进行验证。

运行结果如下

2017-xx-xx xx:xx:xx.096 begin!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.096 end!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x600000268b40>{number = 5, name = (null)} 2
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x60800007cdc0>{number = 3, name = (null)} 0
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x608000077d40>{number = 4, name = (null)} 1
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 <NSThread: 0x600000268c00>{number = 6, name = (null)} 3
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 <NSThread: 0x600000268d40>{number = 7, name = (null)} 4

主队列

负责在主线程上调度任务，不会开启新线程，任务会主线程空闲时被顺序执行。可以使用同步主队列的示例代码(将任务执行方式由同步dispatch_sync修改为异步方式dispatch_async)进行验证。

2017-xx-xx xx:xx:xx.096 begin!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.096 end!!
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x600000268b40>{number = 1, name = main} 0
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x60800007cdc0>{number = 1, name = main} 1
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 <NSThread: 0x608000077d40>{number = 1, name = main} 2
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 <NSThread: 0x600000268c00>{number = 1, name = main} 3

核心功能应用

利用同步任务建立任务之间的依赖关系

例如：有3个任务A、B、C，任务B、C需要在任务A执行完成后才可以开始执行。

dispatch_queue_t  queue = dispatch_queue_create("com.example.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 同步任务，需要马上执行。 不开启新线程
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task A %@", [NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"TASK B %@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"TASK C %@", [NSThread currentThread]);
    });

运行结果

2017-xx-xx xx:xx:xx.097 Task A :<NSThread: 0x60000006c2c0>{number = 1, name = main}
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 Task B :<NSThread: 0x60000007ed80>{number = 3, name = (null)}
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 Task C :<NSThread: 0x60000007e9c0>{number = 4, name = (null)

线程间通信

一种GCD典型的使用方式是使用异步任务并发队列执行耗时操作，在主队列中执行更新UI相关操作。

 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://xxx.xxx.com/xxx.jpg"];
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
        
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.iconView.image = image;
            NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
            //由上文异步->主队列执行方式可知，此时所处线程为主线程
        });
    });

队列选择

队列选择可以从以下几个方面进行权衡

串行队列
- 对执行顺序要求高
- 对执行效率要求不高
- 性能消耗小
并发队列
- 对执行顺序要求不高
- 对执行效率要求高
- 性能消耗大

通过以上的介绍，我们现在已经掌握了GCD核心基本功能的使用以及各种使用方式之间的差异、如何选择合适的API。接下来介绍一下GCD常见的其它使用方式。

其它使用方式

dispatch_once

dispatch_once能保证相关代码片段在程序生命周期中只被执行一次，该方法是线程安全的。dispatch_once常被用于单例模式实现。

+(Singleton *)sharedInstance  
{  
    static Singleton *singleton = nil;  
      
    static dispatch_once_t onceToken;  
    dispatch_once(&onceToken, ^{  
        sharedManager = [[Singleton alloc] init];  
    });  
      
    return singleton;  
}

dispatch_after

dispatch_after延时执行，使用方式如下。

 dispatch_time_t seconds = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC));
    
    dispatch_after(seconds, dispatch_get_main_queue(), ^{
            //TODO 
    });

另一种延时实现，使用NSObject类的- performSelector:withObject:afterDelay:方法。

dispatch_group

dispatch_group适用于对多个耗时操作执行完毕后再统一做处理的应用场景，例如：有A、B、C三个下载任务，在所有下载完成后通知用户进行后续操作。

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"Task A:---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"Task B:---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"Task C:---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"All tasks have finished:%@", [NSThread currentThread]); 
    });

运行结果

2017-xx-xx xx:xx:xx.097 Task B:---<NSThread: 0x60000007be80>{number = 4, name = (null)}
2017-xx-xx xx:xx:xx.097 Task A:---<NSThread: 0x60800007d880>{number = 3, name = (null)}
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 Task C:---<NSThread: 0x60000007f240>{number = 5, name = (null)}
2017-xx-xx xx:xx:xx.098 All tasks have finished:<NSThread: 0x60000007f240>{number = 5, name = (null)}

dispatch_group_notify可以跨队列接收异步任务完成通知。

小结

通过本文我们了解了GCD的核心概念、队列、任务执行方式、常见使用方式以及相关应用场景等。

GCD基本功能小结

GCD缘起

核心概念

基本使用

获取队列

执行任务

同步方式

异步方式

核心功能应用

利用同步任务建立任务之间的依赖关系

线程间通信

队列选择

其它使用方式

dispatch_once

dispatch_after

dispatch_group

小结

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获取队列

执行任务

同步方式

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队列选择

其它使用方式

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