编写高质量iOS与OSX代码的52个有效方法-第六章:大中枢派发

作者: 竹与豆 | 来源:发表于2018-07-25 15:36 被阅读9次

41、多用派发队列，少用同步锁

OC中，如果有多个线程执行同一份代码，有时可能会出问题。通常情况下，使用锁来实现某种同步机制。

GCD之前有两种方法

1、内置的同步块(synchronization block)

- (void)synchronizeMethod {
    @synchronized(self) {
        //
    }
}

根据给定对象，自动创建一个锁，并等待块中农代码执行完毕。执行到折断代码结尾处，锁就释放了。

优点：同步行为针对self，保证每个对象实例都能不受干扰地运行方法synchronizeMethod。

缺点：滥用会降低代码效率，共用同一个锁的那些同步块，都必须按顺序执行。若是self对象上频繁加锁，程序可能要等另一端无关的代码执行完毕，才能执行当前代码。

2、NSLock/NSRecursiveLock

_lock = [[NSLock alloc] init];

- (void)synchronizeMethod {    
    [_lock lock];
    //
    [_lock unlock];
}

也可以使用NSRecursiveLock，线程能够多次持有该锁，不会出现死锁(deadlock)现象。

两种方法都很好，也有缺陷。比方说，在极端情况下，同步块会导致死锁，另外效率也不见得很高，而如果直接使用锁对象的话，遇到死锁，就很麻烦。

GCD实现

1、串行同步队列(serial synchronization queue)

将读取操作及写入操作都安排在同一个队列里，保证数据同步。

_syncQueue = dispatch_queue_create("com.effectiveOC.syncQueue", NULL);

- (NSString *)someString {
    __block NSString *localString;
    //为使块代码能够设置局部变量，使用__block语法。
    dispatch_sync(_syncQueue, ^{
        localString = self.someString;
    });
    return localString;
}

- (void)setSomeString:(NSString *)someString {
    dispatch_sync(_syncQueue, ^{
        self.someString = someString;
    });
}

把设置操作和获取操作都安排在序列化的队列里执行，这样的话，所有针对属性的访问操作都同步了。

全部加锁任务都在GCD中处理。

继续优化，设置方法并不一定非得同步，设置实例变量所用的块，并不需要向设置方法返回什么值。

- (void)setSomeString:(NSString *)someString {
    dispatch_async(_syncQueue, ^{
        self.someString = someString;
    });
}

同步派发改成异步派发，可以提升设置方法的执行速度，而读取操作与写入操作依然会按顺序执行。

执行异步派发时，需要拷贝块。如果拷贝所用的时间明显超过执行块所用的时间，则这种方法比原来慢。但是，若是派发给队列的块要执行更为繁重的任务，那么仍然可以考虑这种备选方案。

并发队列(concurrent queue)

多个获取方法可以并发执行，但获取方法与设置方法之间不能并发执行。

栅栏(barrier)，在队列中，栅栏必须单独执行，不能与其它块并行。下面方法可以像对立中派发块，将其作为栅栏使用。

dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue,
        DISPATCH_NOESCAPE dispatch_block_t block);

只对并发队列有意义，因为串联队列中的块总是安顺序逐个执行的，并发队列如果发现接下来要处理的是栅栏块，那么就一直要等当前的所有并发块都执行完毕，才会单独执行这个栅栏块。待栅栏块执行过后，再按正常方式继续向下处理。

例子中，可以用栅栏块来实现属性的设置方法，在设置方法中使用了栅栏块之后，对属性的读取操作依然可以并发执行，但是写入操作就必须单独执行了。

_syncQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

- (NSString *)someString {
    __block NSString *localString;
    dispatch_sync(_syncQueue, ^{
        localString = self.someString;
    });
    return localString;
}

- (void)setSomeString:(NSString *)someString {
    dispatch_barrier_async(_syncQueue, ^{
        self.someString = someString;
    });
}

设置函数也可以改用同步的栅栏块(synchronous barrier)来实现。测试性能之后，选择最适合当前场景的方案。

派发队列可用来表述同步语义(synchronization semantic)，这种做法比使用@synchronized或NSLock对象更简单。
将同步与异步派发结合起来，可以实现与普通加锁机制一样的同步行为，而这么做却不会阻塞执行异步派发的线程。
使用同步队列栅栏，可以令同步队列更加高效。

42、多用GCD，少用performSelector系列方法

OC是一门非常动态的语言，NSObject定义了几个方法，开发者可以随意调用任意方法。

performSelector系列方法

- (id)performSelector:(SEL)aSelector;

如果选择子是在运行期决定的，这种方式就很强大。

SEL selector;
if (index == 2) {
    selector = @selector(newObject);
} else if (index == 1) {
    selector = @selector(copy);
} else {
    selector = @selector(someProperty);
}
id ret = [objct performSelector:selector];

有两个问题：

1、ARC下可能会有内存泄露问题。编译器不知道将要调用的选择子是什么，不了解其方法签名及返回值，设置不知道是否有返回值。所以，ARC选择不添加释放操作，就可能导致内存泄露，因为方法可能在返回对象时已经将其保留了。
2、返回值只能是void或对象类型。performSelector返回的类型是id，指向任意的OC对象指针。如果想返回一些整数或浮点数等类型的值，就需要执行一些复杂的转换，而这种转换容易出错。若返回值是C语言结构体，则不可使用performSelector方法。

其他可传参数版本：

- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;

传参类型是id，另外选择子最多只能接受两个参数。

可以延后执行选择子，或将其放在另一个线程执行。

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

这些方法太过局限。如具备延后执行的方法无法处理两个参数的选择子。能够指定执行线程的方法，也不能传多个参数。

GCD实现相同功能

performSelector系列方法所提供的线程功能，都可以通过在大中枢派发机制中使用块来实现，延后执行可使用dispatch_after来实现，另一个线程执行任务则可通过dispatch_sync及dispatch_async来实现。

例如：

dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0*NSEC_PER_SEC));
dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^{
    [self doSomethingElse];
});

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
    [self doSomethingElse];
});

performSelector系列方法在内存管理方面容易有疏失，他无法确定将要执行的选择子具体是什么，因而ARC编译器无法插入适当的内存管理方法。
performSelector系列方法所能处理的选择子泰国局限，选择子的返回值类型及发送给方法的参数个数都收到限制。
如果想把任务放到另一个线程上执行，那么最好不要用performSelector系列方法，而是应该把任务封装到块里，然后调用大中枢派发机制的相关方法来实现。

43、掌握GCD及操作队列的使用时机

很少有其他技术能与GCD的同步机制相媲美，对于那些只需执行一次的代码来说，也是如此，使用GCD的dispatch_once最为方便。然而在执行后台任务时，GCD不一定是最佳方式。

还有一种技术叫做NSOperationQueue，操作队列(operation queue)。它虽然与GCD不同，却与之相关，可以把操作以及NSOperation子类的形式放在队列中，而这些操作也能够并发执行。

区别：GCD是纯C的API，而操作队列则是OC的对象。GCD中，任务用块来表示，而块是个轻量级数据结构，与之相反，操作时更为重量级的OC对象。

优点：

1、取消某个操作。使用操作队列，取消操作很容易。在运行任务之前，在NSOperation对象上调用cancel方法，设置对象内的标志位，表明此任务不需要执行。已经启动的任务无法取消。若是不通过操作队列，而是把块安排到GCD队列，就无法取消了。
2、指定操作间的依赖关系。一个操作可以依赖其他多个操作。能够指定操作之间的依赖关系，使特定的操作必须在另一个操作顺利执行完毕后方可执行。
3、通过键值观察机制监控NSOperation对象的属性。NSOperation许多属性都可以通过KVO来监听，如通过isCancelled属性判断任务是否已经取消，通过isFinished判断是否已经完成。如果想在某个任务变更状态时收到通知，或想要比用GCD更精细的方式控制所要执行的任务，KVO会很有用。
4、指定操作优先级。操作优先级表示此操作与队列中其他操作之间的优先关系。优先级高限制性，优先级低后执行。GCD没有直接实现此功能的办法。GCD有优先级，不过是针对整个队列来说，而不是针对每个块来说的。 NSOperation对象也有线程优先级，决定运行此操作的线程处于何种优先级上。GCD可以实现此功能，采用操作队列更简单，只需设置一个属性。
5、重用NSOperation对象。

操作队列提供了多种执行任务的方式，而且都是写好的，直接就能使用。不需要编写复杂的调度器，也不用自己实现取消操作或者指定操作优先级的功能。

NSNotificationCenter选用操作队列而非派发队列。可以通过其中的方法来注册监听器，一般发生相关事件时得到通知，这个方法接受的参数是块，不是选择子。

- (id <NSObject>)addObserverForName:(nullable NSNotificationName)name
                             object:(nullable id)obj
                              queue:(nullable NSOperationQueue *)queue
                         usingBlock:(void (^)(NSNotification *note))block;

尽可能使用高层API，只有在确有必要时才求助于底层。不过某些功能缺失可以使用高层OC的方法来做，但并不等于它就一定比底层实现方案好，具体看性能。

在解决多线程与任务管理问题时，派发队列并非唯一方案。
操作队列提供了一套高层OC API，能实现纯GCD所具备的绝大部分功能，而且还能完成一些更为复杂的操作，那些操作若改用GCD实现，需要另外编写代码。

44、通过Dispatch Group机制，根据系统资源状况来执行任务

dispatch group是GCD的一项特性，能够把任务分组。这个功能有很多用途，最重要、最值得注意的用法就是把将要执行的多个任务合为一个组，于是调用者就可以知道这些任务何时才能执行完毕。

创建dispatch group

dispatch_group_t dispatch_group_create(void);

dispatch group就是个简单的数据结构，这种结构彼此之间没什么区别，它不像派发队列，后者还有个用来区分的标识符。

把任务编组方法：

void
dispatch_group_async(dispatch_group_t group,
    dispatch_queue_t queue,
    dispatch_block_t block);

就是普通的dispatch_async函数的辩题，比原来多一个参数，用于表示待执行的块所属的组。

指定任务所属的dispatch group

void
dispatch_group_enter(dispatch_group_t group);
//使分组中正要执行的任务数递增

void
dispatch_group_leave(dispatch_group_t group);
//使分组中正要执行的任务数递减

调用dispatch_group_enter必须有与之对应的dispatch_group_leave才行。与引用计数相似，要使用引用计数，必须令保留操作与释放操作彼此对应，以防内存泄漏。

使用dispatch group如果调用enter之后，没有响应的leave操作，这一组任务就永远执行不完。多调用leave会崩溃。

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
//添加任务1
dispatch_group_enter(group);
    
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(3*NSEC_PER_SEC)), queue, ^{
    NSLog(@"11111");
    dispatch_group_leave(group);
});

//添加任务2
dispatch_group_enter(group);
    
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(4*NSEC_PER_SEC)), queue, ^{
    NSLog(@"2222");
    dispatch_group_leave(group);
});
    
// 添加任务3
dispatch_group_enter(group);
NSLog(@"third");
dispatch_group_leave(group);

// 以不阻塞当前线程方式执行group
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"执行完所有任务：%@",[NSThread currentThread]);
});

NSLog(@"方法结束");

打印结果：

third
方法结束
11111
2222
执行完所有任务：<NSThread: 0x60800006fb40>{number = 1, name = main}

dispatch group执行函数

1、dispatch_group_wait --阻塞所在线程

long
dispatch_group_wait(dispatch_group_t group, dispatch_time_t timeout);

此函数接受两个参数，第一个是要等待的group，第二个是代表等待时间的timeout值。timeout表示函数等待dispatch group执行完毕时，应该阻塞多久。如果执行dispatch group所需的时间小于timeout，则返回0，否则返回非0值。此参数可以取常量DISPATCH_TIME_FOREVER，这表示函数会一直等着dispatch group执行完毕，不会超时。

long num = dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (3*NSEC_PER_SEC)));
NSLog(@"%ld",num);

2、dispatch_group_notify --不阻塞所在线程

void
dispatch_group_notify(dispatch_group_t group,
    dispatch_queue_t queue,
    dispatch_block_t block);

这个方法可以向此函数传入块，等待dispatch group执行完毕之后，块会在特定的线程上执行。如果当前线程不应阻塞，又想在任务全部完成时得到通知，那么此做法就很有必要。第二个参数queue即是想要回调的线程。

dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"执行完所有任务：%@",[NSThread currentThread]);
});

示例

创建两个级别线程队列，分别创建任务添加到group，最后并发执行。

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
// 创建优先级低的线程队列
dispatch_queue_t lowPriorityQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);
// 创建优先级高的线程队列
dispatch_queue_t highPriorityQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);
    
dispatch_group_enter(group);
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(2*NSEC_PER_SEC)), lowPriorityQueue, ^{
    NSLog(@">>>任务1-low<<<");
    dispatch_group_leave(group);
});
    
dispatch_group_enter(group);
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(2*NSEC_PER_SEC)), lowPriorityQueue, ^{
    NSLog(@">>>任务2-low<<<");
    dispatch_group_leave(group);
});
    
dispatch_group_enter(group);
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(2*NSEC_PER_SEC)), highPriorityQueue, ^{
    NSLog(@">>>任务3-high<<<");
    dispatch_group_leave(group);
});
    
dispatch_group_enter(group);
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(2*NSEC_PER_SEC)), highPriorityQueue, ^{
    NSLog(@">>>任务4-high<<<");
    dispatch_group_leave(group);
});

dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"执行完所有任务：%@",[NSThread currentThread]);
});
    
NSLog(@"方法结束");

最后中间打印的顺序是不固定的，原因是，虽然设置了线程的优先级别，但是这个顺序是由系统决定的，并不保证首先执行。同时，这里的任务提交到并发队列，优先级问题效果不明显。

除了将任务提交到并发队列之外，还可以把任务提交到串行队列中。但是这种情况下，所有任务都排在同一个串行队列里，dispatch group用处就不大了。因为此时任务总要逐个执行，秩序在提交完玩不任务之后再提交一个块即可。所以未必总需要使用dispatch group，有时采用单个队列搭配标准的异步派发，也可以实现相同效果。

GCD有并发队列机制，所以能够根据可用的系统资源状况来并发执行任务。通过dispatch group，既可以并发执行一系列给定的任务，又能在全部任务结束时得到通知。

一系列任务可归入一个dispatch group中，开发者可以再这组任务执行完毕时获得通知。
通过dispatch group，可以在并发式派发队列里同时执行多项任务。此时GCD会根据系统资源装快来调度这些并发任务。

45、使用dispatch_once执行只需运行一次的线程安全代码

dispatch_once()函数接受类型为dispatch_once_t的特殊参数(标记token)，此外还接受块参数。对于给定的标记来说，该函数保证相关的块必须执行，切仅执行一次。首次调用该函数时，必要会执行块中的代码，最重要的一点在于，此操作完全是线程安全的。对于只执行一次的块来说，每次调用函数时传入的标记都必须完全相同。因此，开发者通常将标记变量声明在static或global作用域里。

#import "ZYDUserManager.h"

@implementation ZYDUserManager

+ (id)sharedInstance {
    static ZYDUserManager *sharedInstance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        sharedInstance = [[ZYDUserManager alloc] init];
    });
    return sharedInstance;
}
@end

使用dispatch_once可以简化代码并且彻底保证线程安全，无需但系加锁或同步。所有问题有GCD的底层实现。

另外dispatch_once更高效，它没有使用重量级的同步机制，若是那样做的话，每次运行代码前都要获取锁，想法，此函数采用原子访问来查询标记，以判断其所对应的代码原来是否已经执行过。

经常需要编写只需要执行一次的安全代码(thread-safe single-code execution)。通过GCD提供的dispatch_once函数，很容易实现此功能。
标记应该声明在static或global作用域中，这样，在把只需要执行一次的块传递给dispatch_once函数时，传进去的标记也是相同的。

46、不要使用dispatch_get_current_queue

dispatch_queue_t dispatch_get_current_queue(void);此方法已经被弃用。

dispatch_get_current_queue函数的行为常常与开发者所预期的不同，此函数已经废弃，只应做调试之用。
由于派发队列是按成绩来组织的，所以无法单用某个队列对象来描述“当前队列”这一概念。
dispatch_get_current_queue函数用于解决由不可重入的代码所引发的死锁，然而能用此函数解决的问题，通常也能改用队列特定数据来解决。

编写高质量iOS与OSX代码的52个有效方法-第六章:大中枢派发

41、多用派发队列，少用同步锁

GCD之前有两种方法

GCD实现

并发队列(concurrent queue)

42、多用GCD，少用performSelector系列方法

performSelector系列方法

GCD实现相同功能

43、掌握GCD及操作队列的使用时机

44、通过Dispatch Group机制，根据系统资源状况来执行任务

dispatch group执行函数

示例

45、使用dispatch_once执行只需运行一次的线程安全代码

46、不要使用dispatch_get_current_queue

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读

程序员