iOS-底层原理24：GCD 之函数与队列

作者: AcmenL | 来源:发表于2021-01-04 17:24 被阅读0次

在上一篇文章多线程中讲了些多线程基础知识，这篇文章以GCD为例进行深入分析。

1 GCD简介

GCD，全称Grand Central Dispatch（中央调度中心），纯C语言开发，提供了很多强大的函数

1.1 GCD的优势

GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
GCD会自动管理线程的生命周期(创建线程、调度任务、销毁线程)。

程序员只需要告诉GCD想要执行的任务，不需要编写任何线程管理相关代码(调度、销毁都不用管)

【重点】：将任务添加到队列，并指定执行任务的函数

1.2 GCD核心

这里用一个简单的实例，来帮助更好的理解任务+队列+执行任务的函数

// 任务（block）
dispatch_block_t block = ^{
    NSLog(@"hello GCD");
};

// 队列（此处串行队列）
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.lbh.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

// 执行任务的函数（此处异步函数）
dispatch_async(queue, block);

使用dispatch_block_t创建任务
使用dispatch_queue_t创建队列
将任务添加到队列，并指定执行任务的函数dispatch_async

任务是使用block封装的函数，没有参数和返回值。任务创建好后，等待执行任务的函数将其放入队列中

拓展：执行block，需要调用block()，这步调用，是执行任务的函数内部自动管理。
后面解析dispatch源码时，可以清楚知道调用时机

2 函数与队列

2.1 函数

在GCD中执行任务的方式有两种，同步执行和异步执行，分别对应 同步函数dispatch_sync 和 异步函数dispatch_async。

2.1.1 dispatch_sync 同步函数

这个函数会把一个block加入到指定的队列中，而且会一直等到执行完blcok，这个函数才返回。因此在block执行完之前，调用dispatch_sync方法的线程是阻塞的。

必须等待当前语句执行完毕，才会执行下一条语句
不会开启线程，即不具备开启新线程的能力

2.1.2 dispatch_async 异步函数

这个函数也会把一个block加入到指定的队列中，但是和同步执行不同的是，这个函数把block加入队列后不等block的执行就立刻返回了。

不用等待当前语句执行完毕，就可以执行下一条语句
会开启线程执行block任务，即具备开启新线程的能力（但并不一定开启新线程，这个与任务所指定的队列类型有关）

2.2 队列

多线程中所说的队列（Dispatch Queue）是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，遵循先进先出（FIFO）原则，即新任务总是被插入到队尾，而任务的读取从队首开始读取。

GCD的队列包含串行队列和并行队列两种

2.2.1 串行队列

每次只有一个任务被执行，等待上一个任务执行完毕再执行下一个，即只开启一个线程（通俗理解：同一时刻只调度一个任务执行，类似单车道，汽车只能一辆辆排队通过）

使用dispatch_queue_create("xxx", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);创建串行队列，其中的DISPATCH_QUEUE_SERIAL也可以使用NULL表示

// 串行队列的获取方法
dispatch_queue_t serialQueue1 = dispatch_queue_create("com.lbh.Queue", NULL);
dispatch_queue_t serialQueue2 = dispatch_queue_create("com.lbh.Queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

2.2.2 并行队列

一次可以并发执行多个任务，即开启多个线程，并同时执行任务（通俗理解：同一时刻可以调度多个任务执行，类似多车道，同时可以多辆汽车通过）

使用dispatch_queue_create("xxx", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);创建并发队列

// 并发队列的获取方法
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.lbh.Queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

2.2.3 主队列

主队列（Main Dispatch Queue），GCD中提供的特殊的串行队列

专门用来在主线程上调度任务的串行队列，依赖于主线程、主Runloop，在main函数调用之前自动创建;
不会开启线程
如果当前主线程正在执行任务，需要等当前任务执行完，才会继续调度其他任务
使用dispatch_get_main_queue()获得主队列

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

2.2.4 全局并发队列

全局并发队列（Global Dispatch Queue）：GCD提供的默认的并发队列

为了方便程序员的使用，苹果提供了全局队列
在使用多线程开发时，如果对队列没有特殊需求，在执行异步任务时，可以直接使用全局队列
使用dispatch_get_global_queue获取全局并发队列，最简单的是dispatch_get_global_queue(0, 0)
- 第一个参数表示队列优先级，默认优先级为DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT=0，在ios9之后，已经被服务质量（quality-of-service）取代
- 第二个参数使用0

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

//优先级从高到低（对应的服务质量）依次为
- DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH       -- QOS_CLASS_USER_INITIATED
- DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT    -- QOS_CLASS_DEFAULT
- DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW        -- QOS_CLASS_UTILITY
- DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND -- QOS_CLASS_BACKGROUND

2.3 函数与队列的各种组合情况

2.3.1 同步函数 + 串行队列

/**
 串行同步队列 : FIFO: 先进先出
 */
- (void)serialSyncTest{
    //1:创建串行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
    NSLog(@"hello queue");
}

运行结果

同步函数会执行完当前任务才继续执行下一个任务，没有开启新线程，是在主线程执行的

分析

问题：为什么block里的NSLog打印是在主线程？
解答：

⬇️

dispatch_sync的官方注释里面有这么一句话：
As an optimization, dispatch_sync() invokes the block on the current thread when possible.
作为优化，如果可能，直接在当前线程调用这个block。

所以，一般，在大多数情况下，通过dispatch_sync添加的任务，在哪个线程添加就会在哪个线程执行，但在这个案例里 block仍是在自定义队列中执行，因为整个block放到主线程中会导致死锁。

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", NULL);
    
dispatch_async(queue, ^{
             
    NSLog(@"current : %@", [NSThread currentThread]);
             
    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("lbh.1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
     
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
          // block 1
         NSLog(@"current 1: %@", [NSThread currentThread]);
    });
     
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        // block 2
        NSLog(@"current 2: %@", [NSThread currentThread]);
    });   
});

// 打印结果
// current : <NSThread: 0x6000033c5d40>{number = 3, name = (null)}
// current 1: <NSThread: 0x6000033c5d40>{number = 3, name = (null)}
// current 2: <NSThread: 0x6000033c5d40>{number = 3, name = (null)}

⬆️

2.3.2 同步函数 + 主队列

- (void)mainSyncTest{
    
    NSLog(@"1-%@",[NSThread currentThread]);

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

运行结果

运行崩溃

问题：为什么会崩溃?
解答：

实际上是出现死锁

⬇️

解释1：

dispatch_sync同步函数添加任务，会在当前线程执行，而当前线程就是主线程，dispatch_sync由于同步会造成线程阻塞，所以主线程会出现阻塞情况；
block任务是在主线程中执行的，而主线程又出现阻塞情况，所以block一直无法执行，block无法执行完成又会导致dispatch_sync同步函数一直执行。

解释2：

我们将上面的例子改一下：

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", NULL);
    
dispatch_async(queue, ^{
        
    NSLog(@"1-%@",[NSThread currentThread]);
        
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
         NSLog(@"-%@",[NSThread currentThread]);       
    }); 
});

// 打印结果
// 1-<NSThread: 0x6000038ea880>{number = 5, name = (null)}
// -<NSThread: 0x6000038ecfc0>{number = 1, name = main}

此时dispatch_sync在子线程中，阻塞的是子线程，对主线程并没有影响

⬆️

2.3.3 异步函数 + 串行队列

/**
 串行异步队列

 */
- (void)serialAsyncTest{
    //1:创建串行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
    
    NSLog(@"hello queue");
}

运行结果

分析

问题：为什么NSLog(@"hello queue");执行在前？
解答：

⬇️

这涉及到耗时问题，

1 异步函数耗时

CFAbsoluteTime time = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
dispatch_async(queue, ^{
    //        testMethod();
});
NSLog(@"= %f",CFAbsoluteTimeGetCurrent()-time);

// 打印结果
// = 0.000022

2 同步函数耗时

CFAbsoluteTime time = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.lgcooci.cn", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
dispatch_sync(queue, ^{
    //testMethod();
});
NSLog(@"= %f",CFAbsoluteTimeGetCurrent()-time);

// 打印结果
// = 0.000011

3 主队列耗时

CFAbsoluteTime time = CFAbsoluteTimeGetCurrent();

NSLog(@"= %f",CFAbsoluteTimeGetCurrent()-time);
// 打印结果
// = 0.000000

在主队列中几乎没有耗时，而同步和异步函数都有一定的耗时，所以NSLog(@"hello queue");执行在前

⬆️

2.3.4 异步函数 + 主队列

/**
 主队列异步
 不会开线程 顺序
 */
- (void)mainAsyncTest{
    
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
    
    NSLog(@"hello queue");
}

运行结果

异步函数不会等当前任务执行完就会执行下一个任务，没有开启新线程，是在主线程执行的

分析

2.3.5 同步函数 + 并行队列

/**
 同步并发 : 堵塞 同步锁  队列 : resume supend   线程 操作, 队列挂起 任务能否执行
 */
- (void)concurrentSyncTest{
    
    //1:创建并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
    NSLog(@"hello queue");
}

运行结果

分析

2.3.6 异步函数 + 并发队列

/**
 异步并发: 有了异步函数不一定开辟线程
 */
- (void)concurrentAsyncTest{
    //1:创建并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
    NSLog(@"hello queue");
}

运行结果

乱序执行，开辟了新线程

分析

2.3.7 同步函数 + 全局并发队列

/**
 全局同步
 全局队列:一个并发队列
 */
- (void)globalSyncTest{
    
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
    NSLog(@"hello queue");
}

运行结果

2.3.8 异步函数 + 全局并发队列

/**
 全局异步
 全局队列:一个并发队列
 */
- (void)globalAsyncTest{
    
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
            NSLog(@"%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
    NSLog(@"hello queue");
}

运行结果

总结

函数\队列	串行队列	主队列	并发队列	全局并发队列
同步函数	顺序执行，不开辟线程	死锁	顺序执行，不开辟线程	顺序执行，不开辟线程
异步函数	顺序执行，开辟线程	顺序执行，不开辟线程	乱序执行，开辟线程	乱序执行，开辟线程

3 面试题

3.1 异步函数+并行队列

- (void)interview01{
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    NSLog(@"1- %@",[NSThread currentThread]);
    // 耗时
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"2- %@",[NSThread currentThread]);
        
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"3- %@",[NSThread currentThread]);
        });
        
        NSLog(@"4- %@",[NSThread currentThread]);
        
    });
    
    NSLog(@"5- %@",[NSThread currentThread]);
 
}
----------打印结果-----------
输出顺序为：1 5 2 4 3

打印结果

1和5 在主线程执行，两个dispatch_async异步函数开辟了两个线程 2、4在第一个新线程执行 3在第二个新线程执行。

分析

我们可以以自定义线程任务为分界将程序拆成两部分进行分析：

part1:

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
NSLog(@"1- %@",[NSThread currentThread]);
// 耗时
dispatch_async(queue, ^{
               
});
    
NSLog(@"5- %@",[NSThread currentThread]);

part2:

NSLog(@"2- %@",[NSThread currentThread]);
        
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"3- %@",[NSThread currentThread]);
});
        
NSLog(@"4- %@",[NSThread currentThread]);

综合两部分，最终打印顺序为： 1 5 2 4 3

3.2 异步函数嵌套同步函数 + 并发队列

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
NSLog(@"1- %@",[NSThread currentThread]);
    
dispatch_async(queue, ^{
        
     NSLog(@"2- %@",[NSThread currentThread]);
        
     dispatch_sync(queue, ^{
         NSLog(@"3- %@",[NSThread currentThread]);   
     });
        
     NSLog(@"4- %@",[NSThread currentThread]);  
});
NSLog(@"5- %@",[NSThread currentThread]);

----------打印结果-----------
输出顺序为：1 5 2 3 4

运行结果

1和5 在主线程执行， dispatch_async异步函数开辟了一个线程，由于dispatch_sync同步函数不会开辟新线程，所以2、3 、4都是在这个线程中执行。

分析

part1 ：同面试题1相同，这里不做讲解

part2:

NSLog(@"2- %@",[NSThread currentThread]);
        
dispatch_sync(queue, ^{
     NSLog(@"3- %@",[NSThread currentThread]);   
});
        
NSLog(@"4- %@",[NSThread currentThread]);

综合两部分，最终打印顺序为： 1 5 2 3 4

3.3 异步函数嵌套同步函数 + 串行队列

- (void)interview03{
// 同步队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", NULL);
    
NSLog(@"1- %@",[NSThread currentThread]);
// 异步函数
dispatch_async(queue, ^{
        
   NSLog(@"2- %@",[NSThread currentThread]);
   // 同步
   dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3- %@",[NSThread currentThread]);
   });
        
  NSLog(@"4- %@",[NSThread currentThread]);   
});
    
  NSLog(@"5- %@",[NSThread currentThread]);
        
}

运行结果

打印1、5、2后出现死锁情况

分析

part1 ：同面试题1相同，这里不做讲解

part2：

NSLog(@"2- %@",[NSThread currentThread]);
        // 同步
dispatch_sync(queue, ^{
       NSLog(@"3- %@",[NSThread currentThread]);
});
        
NSLog(@"4- %@",[NSThread currentThread]);

这部分是在串行队列中执行

综合两部分，最终打印顺序为： 1 5 2后出现死锁

3.4 异步函数 + 同步函数 + 并发队列

下面代码的执行顺序是什么？（答案是 AC）

A: 1230789
B: 1237890
C: 3120798
D: 2137890

- (void)interview04{//
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lbh", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    // 1 2 3
    //  0 (7 8 9)
    dispatch_async(queue, ^{ // 耗时
        NSLog(@"1-%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2-%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    // 堵塞哪一行
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3-%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    NSLog(@"0-%@",[NSThread currentThread]);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"7-%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"8-%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"9-%@",[NSThread currentThread]);
    });
}

分析

此题只能用排除法：打印3在打印0之前，全部满足；打印0在打印（7、8、9）之前，可以排除B 和 D ，答案为A、C

iOS-底层原理24：GCD 之函数与队列

1 GCD简介

1.1 GCD的优势

1.2 GCD核心

2 函数与队列

2.1 函数

2.1.1 dispatch_sync 同步函数

2.1.2 dispatch_async 异步函数

2.2 队列

2.2.1 串行队列

2.2.2 并行队列

2.2.3 主队列

2.2.4 全局并发队列

2.3 函数与队列的各种组合情况

2.3.1 同步函数 + 串行队列

2.3.2 同步函数 + 主队列

2.3.3 异步函数 + 串行队列

2.3.4 异步函数 + 主队列

2.3.5 同步函数 + 并行队列

2.3.6 异步函数 + 并发队列

2.3.7 同步函数 + 全局并发队列

2.3.8 异步函数 + 全局并发队列

总结

3 面试题

3.1 异步函数+并行队列

3.2 异步函数嵌套同步函数 + 并发队列

3.3 异步函数嵌套同步函数 + 串行队列

3.4 异步函数 + 同步函数 + 并发队列

4

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2.1 函数

2.1.1 dispatch_sync 同步函数

2.1.2 dispatch_async 异步函数

2.2 队列

2.2.1 串行队列

2.2.2 并行队列

2.2.3 主队列

2.2.4 全局并发队列

2.3 函数与队列的各种组合情况

2.3.1 同步函数 + 串行队列

2.3.2 同步函数 + 主队列

2.3.3 异步函数 + 串行队列

2.3.4 异步函数 + 主队列

2.3.5 同步函数 + 并行队列

2.3.6 异步函数 + 并发队列

2.3.7 同步函数 + 全局并发队列

2.3.8 异步函数 + 全局并发队列

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3 面试题

3.1 异步函数+并行队列

3.2 异步函数嵌套同步函数 + 并发队列

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3.4 异步函数 + 同步函数 + 并发队列

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