GCD的API详解

作者: 面试小集 | 来源:发表于2016-01-09 15:33 被阅读685次

Dispatch Queue

首先回顾一下苹果GCD的说明

开发者要做的只是定义想执行的任务并追加到适当的Dispatch Queue中。

这句话的用源代码表示如下：

dispatch_asyn(queue, ^{
  //想要执行的任务
});

该源代码使用block语法定义想要执行的任务，通过dispatch_async函数追加赋值变量queue的“Dispatch Queue”中，仅这样就可以使指定的block在另一线程中执行。

Dispatch Queue 是什么，是执行处理的等待队列，应用程序编程人员通过dispatch_any等函数，在block中记述想要执行等处理并将其追加到Dispatch Queue中，Dispatch Queue按照追加的顺序执行处理。

两种Dispatch Queue

Dispatch Queue种类	说明
Serial Dispatch Queue	等待现在执行中处理结束
Concurrent Dispatch Queue	不等待现在执行中处理

Serial Dispatch Queue: 假设把A B C D四个任务依次加入到一个Serial Dispatch Queue中，这个Serial Dispatch Queue会创建一个线程，依次执行这四个任务。

Concurrent Dispatch Queue: 假设把A B C D四个任务依次加入到一个Concurrent Dispatch Queue中，这个Concurrent Dispatch Queue会创建多个线程，并发执行这四个任务。

具体执行效果参看这个Demo

dispatch_queue_create

通过dispatch_queue_create函数可生成Dispatch Queue。

创建Serail Queue:

dispatch_queue_t mySerailQueue = dispatch_queue_create("com.river.dispatchSerailQueue", NULL)
;

第一个参数是指定Serial dispatch queue的名称。该名称在Xcode和Instruments的调试器中作为Dispatch Queue名称表示。

第二个参数是生成Dispatch Queue的类型，如果是NULL生成Serial dispatch queue，指定为DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT生成Concurrent Dispatch Queue。

创建Concurrent Queue:

dispatch_queue_t myConcurrentQueue = dispatch_queue_create("com.river.dispatchConcurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)
    ;

dispatch_queue_create函数的返回值为表示Dispatch Queue的“dispatch_queue_t”类型。

注意：Serial Dispatch Queue只能同时执行一个追加处理。使用dispatch_queue_create可以生成多个dispatch queue。当生成多个Serial Dispatch Queue时，各个Serial Dispatch Queue将并行执行。虽然一个Serial Dispatch Queue同时只能执行一个追加处理，但是如果将处理(任务)追加到4个Serial Dispatch Queue，各个Serial Dispatch Queue执行1个，即为同时执行4个处理。但是，要警惕的是，如果生成太多的Serial Dispatch Queue会消耗大量内存。为了避免多线程造成的数据竞争，可以使用Serial Dispatch Queue。

避免数据竞争

ARC下dispatch_release使用

在iOS6之前GCD未加入到ARC模式下，所以如果应用程序要支持iOS6.0之前对版本，则需要使用dispatch_release。可以做如下处理。

//当前系统支持的最小版本
#if __IPHONE_OS_VERSION_MIN_REQUIRED >= 60000
    #define NEEDS_DISPATCH_RETAIN_RELEASE 0
#else                                         // iOS 5.X or earlier
    #define NEEDS_DISPATCH_RETAIN_RELEASE 1
#endif

/* implementation */
#if NEEDS_DISPATCH_RETAIN_RELEASE
    dispatch_release(self.reachabilitySerialQueue);
#endif

Main Dispatch Queue/Global Dispatch Queue

获取系统标准提供的Dispatch Queue。

Main Dispatch Queue是在主线程执行的dispatch queue, Main Dispatch Queue是一个Serail Dispatch Queue。追加到Main Dispatch Queue的处理在主线程的RunLoop中执行。一般将用户界面更新等必需要在主线程中执行的处理追加到Main Dispatch Queue中。

Global Dispatch Queue是所有应用程序都能过使用的Concurrent Dispatch Queue。没有必要通过dispatch_queue_create函数逐个创建Concurrent Dispatch Queue，只要获取Global Dispatch Queue使用即可。Global Dispatch Queue有四个优先级

名称	Dispatch Queue的种类	说明
Main Dispatch Queue	Serial Dispatch Queue	主线程执行
Global Dispatch Queue(High Priority)	Concurrent Dispatch queue	执行优先级：高(最高)
Global Dispatch Queue(Default Priority)	Concurrent Dispatch queue	执行优先级：默认
Global Dispatch Queue(Low Priority)	Concurrent Dispatch queue	执行优先级：低
Global Dispatch Queue(Background Priority)	Concurrent Dispatch queue	执行优先级：后台

获取Dispatch Queue方法

ispatch_queue_t mainDispatchQueue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_queue_t globalDispatchQueueHigh = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);

    dispatch_queue_t globalDispatchQueueDefault = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

    dispatch_queue_t globalDispatchQueueLow = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);

    dispatch_queue_t globalDispatchQueueBackground = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);

使用Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

        /**
         *  可并行处理的任务TODO
         */

        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            /**
             *  主线程执行
             */
        });
    });

dispatch_set_target_queue

dispatch_queue_create函数生成的Dispatch_Queue不管是Serial Dispatch Queue还是Concurrent Dispatch Queue都使用与默认优先级Global Dispatch Queue相同执行优先级的线程。而变更生成的Dispatch Queue的执行优先级要使用dispatch_set_target_queue函数。

dispatch_queue_t mySerialDispatchQueue = dispatch_queue_create("com.river.myserialdispatchqueue", NULL);
    dispatch_queue_t globalDispatchQueueBackGround = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);
    dispatch_set_target_queue(mySerialDispatchQueue, globalDispatchQueueBackGround);

第一个参数：要变更执行优先级的Dispatch Queue

第二个参数：要使用的执行优先级相同的Global Dispatch Queue。

如果指定第一个参数为Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue则不知道会发生什么情况。

如果在多个Serial Dispatch Queue 中将一个Serial Dispatch Queue设置为第二个参数，那么原本应该并行执行的Serial Dispatch Queue，在目标Serial Dispatch Queue上只能串行执行。可参考Demo

dispatch_after

dispatch_after表示在指定的时间之后追加处理到Dispatch Queue。并不是指定时间后执行处理。

dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3ull*NSEC_PER_SEC);
dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"等待3秒后执行");
 });

虽然在有严格时间到要求下使用时会出现问题，但在大致延迟执行处理时，该函数还是有效的。

dispatch_time函数通常用于计算相对时间，而dispatch_walltime函数用于计算绝对时间。

NSDate转成dispatch_time_t

- (dispatch_time_t) getDispatchDateByDate:(NSDate *)date{
    NSTimeInterval interval;
    double second, subsecond;
    struct timespec time;
    dispatch_time_t milestone;

    //以当前时间(Now)为基准时间，返回实例保存的时间与当前时间(Now)的时间间隔，秒
    interval = [date timeIntervalSince1970];
    //拆分interval值,返回它的小数部分,second指向整数部分
    subsecond = modf(interval, &second);
    time.tv_sec = second;   //秒
    time.tv_nsec = subsecond *NSEC_PER_SEC; //纳秒 1秒＝1000000000纳秒
    milestone = dispatch_walltime(&time, 0);
    return milestone;
}

Dispatch Group

在追加到Dispatch Queue中的多个处理全部结束后想执行结束处理，这种情况会经常出现。只使用一个Serial Dispatch Queue时，只要将想执行的处理全部追加到该Serial Dispatch Queue中并在最后加上结束处理即可实现，但是使用Concurrent Dispatch Queue时或者同时使用多个Dispatch Queue时，源代码将会变得非常复杂。

在这种情况下使用Dispatch Group。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i=0; i<2000; i++) {
            NSLog(@"111111");
        }
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i=0; i<2000; i++) {
            NSLog(@"2222222");
        }
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i=0; i<2000; i++) {
            NSLog(@"33333");
        }
    });
    //最后执行4444
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"44444");
    });
    NSLog(@"555555");

另外，在Dispatch Group中也可以使用dispatch_group_wait

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i=0; i<2000; i++) {
            NSLog(@"111111");
        }
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i=0; i<2000; i++) {
            NSLog(@"2222222");
        }
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i=0; i<2000; i++) {
            NSLog(@"33333");
        }
    });
    //DISPATCH_TIME_FOREVER永久等待
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    NSLog(@"44444");

dispatch_group_wait函数的第二个参数指定为等待的时间，它属于dispatch_time_t类型的值。

dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1ull*NSEC_PER_SEC);
    long result = dispatch_group_wait(group, time);
    if (result == 0) {
        /**
         *属于dispatch group的任务全部执行完毕
         */
    }else {
        /**
         *属于dispatch group的任务没有全部执行完毕
         */
    }

dispatch_group_wait等待的意思：一旦调用dispatch_group_wait，该函数就处于调用状态而不返回，执行dispatch_group_wait函数的线程停止。知道dispatch_group_wait返回结果。

long result = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_NOW);

注意推荐使用dispatch_group_notify;

dispatch_barrier_async

dispatch_barrier_async函数会等待追加到Concurrent Dispatch Queue上对并行执行的处理全部结束之后，再将指定的处理追加到该Concurrent Dispatch Queue中，然后在由dispatch_barrier_async函数追加的处理执行完毕之后，Concurrent Dispatch Queue才会恢复一般动作。

 dispatch_async(queue, ^{
        //去文件
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        //去文件
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        //去文件
    });
    //使用dispatch_barrier_async避免数据竞争
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        //写文件
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        //去文件
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        //去文件
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        //去文件
    });

dispatch_barrier_async执行过程

dispatch_barrier_async图解

dispatch_sync

dispatch_async函数中的async意味着非同步。就是将指定的Block非同步地追加到指定的Dispatch Queue中，dispatch_async函数不做任何等待。

dispatch_sync函数意味着同步，也就是将指定的Block同步追加到Dispatch Queue中，再追加结束之前dispatch_sync函数会一直等待。一旦调用dispatch_sync函数，那么指定的处理执行结束之前，该函数不会返回。

dispatch_sync函数容易引起问题，死锁

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"11111");
    });

该段代码在主线程中执行指定的Block，并等待其执行结束。而其实主线程正在执行此段代码，所以无法执行追加到Mian Dispatch Queue中的Block。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"11111");
        });
    });

这段代码同样会引起错误。同样下面代码也会引起错误

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.river.queue", NULL);
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"11111");
        });
    })

大家使用dispatch_sync时候要好好考虑。

dispatch_apply

dispatch_apply函数是dispatch_sync函数和Dispatch Group的关联API。该函数按指定的次数将指定的Block追加到Dispatch Queue中，并等待全部处理执行结束。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%zu", index);//并行
    });
    //最后执行
    NSLog(@"11");

对数组的快速处理：

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_apply([array count], queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%zu:%@", index, [array objectAtIndex:index]);
    });

推荐dispatch_async函数非同步地执行dispatch_apply函数

  dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_apply([array count], queue, ^(size_t index) {
            /**
             *  并行执行
             */
            NSLog(@"%zu:%@", index, [array objectAtIndex:index]);
        });

        /**
         *  等待dispatch_apply全部处理完
         */

        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            /**
             *  在main dispatch queue中执行，用户界面更新等
             */
            NSLog(@"done");
        });

    });

dispatch_suspend/dispatch_resume

当追加大量处理到Dispatch Queue时，在追加处理到过程中，有时希望不执行已追加的处理。在这种情况下只要挂起Dispatch Queue即可。

dispatch_suspend 函数挂起指定的Dispatch Queue

dispatch_resume 函数恢复指定的Dispatch Queue

这些函数对已经执行的处理没有影响，挂起后，追加到Dispatch Queue中处理在此之后暂停执行，而恢复使得这些处理继续执行。

Dispatch Semaphore

当并行执行的处理更新数据时，会产生数据不一致的情况，有时应用程序还会异常结束。虽然使用Serial Dispatch Queue和dispatch_barrier_async函数可避免这类问题，但有必要进行更细粒度的排他控制。

Dispatch Semaphore 是持有计数的信号，该计数是多线程编程中的计数类型信号，所谓信号，类似于过马路时常用的手旗。可以通过时举起手旗，而在Dispatch Semaphore 中，使用计数来实现该功能。计数为0时等待，计数为1或大于1时，减去1而不等待。

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);

参数表示计数的初始值。

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

dispatch_semaphore_wait函数等待Dispatch Semaphore 的计数值达到大于或等于1。当计数值大于等于1，或者在待机中计数值大于等于1时，对该计数进行减法并从dispatch_semaphore_wait函数返回。

dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1ull*NSEC_PER_SEC);
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
    long result = dispatch_semaphore_wait(semaphore, time);
    if (result == 0) {
        /**
         * 由于Dispatch Semaphore 的计数值达到大于等于1
         或者待机中指定时间内，Dispatch Semaphore 的计数值
         达到大于等于1
         所以 Dispatch Semaphore 的计数值减去1
         
         可执行需要进行排他控制的处理
         */
    } else {
        /**
         *  由于Dispatch Semaphore 的计数值为 0
            因此在达到指定时间为待机。
         */
    }

dispatch_semaphore_wait函数返回0时，可安全地执行需要进行排他控制的处理。该处理结束时通过dispatch_semaphore_signal函数将Dispatch Semaphore的计数值加1。

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    /**
     * 生成Dispatch Semaphore
     * Dispatch Semaphore 的计数初始值设定为1
     * 保证可访问NSMutableArray类对象的线程同时只有一个
     */
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
    NSMutableArray *array = [[NSMutableArray alloc] init];
    
    for (int i=0; i<10000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            /**
             *  等待Dispatch Semaphore
                一直等待，直到Dispatch Semaphore 的计数的值达到大于等于1
             */
            dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
            
            /**
             *  由于Dispatch Semaphore 的计数达到大于等于1
             所以Dispatch Semaphore 的计数值减去1
             dispatch_semaphore_wait函数执行返回
             
             即执行到此时Dispatch Semaphore的计数值恒为00
             
             由于可访问NSMutableArray类对象的线程数只有1个
             因此可安全的进行更新
             */
            [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]];
            
            /**
             * 排他控制处理结束
             所以通过dispatch_semaphore_signal函数
             将DispatchSemaphore的计数值加1
             如果有通过dispatch_semaphore_wait函数
             等待Dispatch Semaphore的计数值增加的线程
             就由最先等待的线程执行。
             */
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    }

dispatch_once

dispatch_once 函数保证在应用程序执行中只执行一次指定处理的API。下面这种经常出现的用来初始化的源代码可通过dispatch_oce函数简化

static int initialized = NO;
if(initialized == NO){
  initialized = YES;
}

//使用dispatch_once
static disptach_once_t pred;
dispatch_once(&pred, ^{
  //初始化
});

通过dispatch_once函数，该代码再多线程环境下也是百分之百安全。

Dispatch I/O

在读取大文件时，如果将文件分成合适的大小并使用Global Dispatch Queue并列读取的话，应该会比一般的读取速度快不少。实现这一功能可使用Dispatch I/O和Dispatch Data。

通过dispatch I/O读写文件时，使用Global Dispatch Queue将一个文件按某个大笑read/write.

    dispatch_async(queue, ^{
        /**
         *  读取 0～1001字节
         */
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        /**
         *  读取 1002～2001字节
         */
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        /**
         *  读取 2002～3001字节
         */
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        /**
         *  读取 3002～4001字节
         */
    });

demo

 pipe_q = dispatch_queue_create("PipeQ", NULL);
        pipe_channel = dispatch_io_create(DISPATCH_IO_STREAM, fd, pipe_q, ^(int err){
            close(fd);
        });
        
        *out_fd = fdpair[1];
        
        dispatch_io_set_low_water(pipe_channel, SIZE_MAX);
        
        dispatch_io_read(pipe_channel, 0, SIZE_MAX, pipe_q, ^(bool done, dispatch_data_t pipedata, int err){
            if (err == 0)
            {
                size_t len = dispatch_data_get_size(pipedata);
                if (len > 0)
                {
                    const char *bytes = NULL;
                    char *encoded;
                    uint32_t eval;
                    
                    dispatch_data_t md = dispatch_data_create_map(pipedata, (const void **)&bytes, &len);
                    encoded = asl_core_encode_buffer(bytes, len);
                    asl_msg_set_key_val(aux, ASL_KEY_AUX_DATA, encoded);
                    free(encoded);
                    eval = _asl_evaluate_send(NULL, (aslmsg)aux, -1);
                    _asl_send_message(NULL, eval, aux, NULL);
                    asl_msg_release(aux);
                    dispatch_release(md);
                }
            }
          if (done)
            {
                dispatch_semaphore_signal(sem);
                dispatch_release(pipe_channel);
                dispatch_release(pipe_q);
            }
        });

GCD的API详解

Dispatch Queue

dispatch_queue_create

ARC下dispatch_release使用

Main Dispatch Queue/Global Dispatch Queue

dispatch_set_target_queue

dispatch_after

Dispatch Group

dispatch_barrier_async

dispatch_sync

dispatch_apply

dispatch_suspend/dispatch_resume

Dispatch Semaphore

dispatch_once

Dispatch I/O

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