Something About GCD

作者: Z_Han | 来源:发表于2016-07-31 13:38 被阅读53次

一、GCD介绍

1. 简介

并发处理能够同时处理多个任务。异步设计方法可以充分地发挥多核优势。GCD（Grand Central Dispatch）是一种异步方法，是专为多核CPU设计的并发处理技术。GCD使用纯C语言编写，提供了非常多强大的函数。

2. GCD的优势

GCD是苹果公司为多核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想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

3. 注意

GCD是纯 C 语言的，因此我们在编写GCD相关代码的时候，面对的函数，而不是方法
GCD中的函数大多数都以 dispatch 开头
将任务添加到队列中，GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行，任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出

4. 添加任务到队列

用同步的方式

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

用异步的方式

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

说明：把右边的block（任务）提交给左边的queue（队列）进行执行。

5. 任务的执行

同步：当前线程中执行
异步：另开一条线程执行

6. serial dispatch queue

使用 dispatch_queue_create 函数创建串行队列

// 队列名称， 队列属性，一般用NULL即可
dispatch_queue_t  dispatch_queue_create(const char *label,  dispatch_queue_attr_t attr); 
示例：
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("wendingding", NULL); // 创建
dispatch_release(queue); // 非ARC需要释放手动创建的队列

使用主队列（跟主线程相关联的队列）

//主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列,放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行
//使用dispatch_get_main_queue()获得主队列
示例：
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

7. concurrent dispatch queue

GCD默认已经提供了全局的并发队列，供整个应用使用，不需要手动创建

//使用dispatch_get_global_queue函数获得全局的并发队列
//获取默认优先级的全局并发dispatch queue
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

说明：全局并发队列的优先级
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默认（中）
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台

8. 队列执行效果

同步函数不具备开启线程的能力，无论是什么队列都不会开启线程；异步函数具备开启线程的能力，开启几条线程由队列决定（串行队列只会开启一条新的线程，并发队列会开启多条线程）

// 调用前，查看下当前线程  
NSLog(@"当前调用线程：%@", [NSThread currentThread]);  
// 创建一个串行queue  
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cn.itcast.queue", NULL);  
dispatch_async(queue, ^{  
    NSLog(@"开启了一个异步任务，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);  
});    
dispatch_sync(queue, ^{  
    NSLog(@"开启了一个同步任务，当前线程：%@", [NSThread currentThread]);  
});

运行结果：

2016-07-31 09:03:37.348 thread[6491:c07] 当前调用线程：<NSThread: 0x714fa80>{name = (null), num = 1}  
2016-07-31 09:03:37.349 thread[6491:1e03] 开启了一个异步任务，当前线程：<NSThread: 0x74520a0>{name = (null), num = 3}  
2016-07-31 09:03:37.350 thread[6491:c07] 开启了一个同步任务，当前线程：<NSThread: 0x714fa80>{name = (null), num = 1}

添加一个任务到Queue,尽可能地使用dispatch_async或dispatch_async_f函数异步地调度任务。因为添加任务到Queue中时,无法确定这些代码什么时候能够执行。因此异步地添加block或函数,可以让你立即调度这些代码的执行,然后调用线程可以继续去做其它事情。特别是应用主线程一定要异步地 dispatch 任务,这样才能及时地响应用户事件

绝对不要在任务中调用 dispatch_sync或dispatch_sync_f函数,并同步调度新任务到当前正在执行的 queue。对于串行queue这一点特别重要,因为这样做肯定会导致死锁;而并发queue也应该避免这样做

二、主队列

主队列是GCD自带的一种特殊的串行队列，放在主队列中得任务，都会放到主线程中执行。如果把任务放到主队列中进行处理，那么不论处理函数是异步的还是同步的都不会开启新的线程。
调用 dispatch_get_main_queue 函数获得应用主线程的dispatch queue,添加到这个queue的任务由主线程串行化执行

// 异步下载图片  
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ 
    //执⾏耗时的异步操作... 
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://car0.autoimg.cn/upload/spec/9579/u_20120110174805627264.jpg"];  
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:[NSData dataWithContentsOfURL:url]];  
      
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{  
        // 回到主线程显示图片  
        // 主线程拿到加载的image刷新UI界面。
        self.imageView.image = image;  
    });  
});

任务中使用Objective-C对象
GCD支持Cocoa内存管理机制,因此可以在提交到queue的block中自由地使用Objective-C对象。每个dispatch queue维护自己的autorelease pool确保释放autorelease对象,但是queue不保证这些对象实际释放的时间。如果应用消耗大量内存,并且创建大量autorelease对象,你需要创建自己的autorelease pool,用来及时地释放不再使用的对象。

三、Dispatch Group的使用

使用dispatch_group_async 函数将多个任务关联到一个 Dispatch Group 和相应的 queue 中，group 会并发地同时执行这些任务。
问题：如何用GCD同步若干个异步调用？（如根据若干个url异步加载多张图片，然后在都下载完成后合成一张整图）
如果想要快速高效地实现上述需求，可以考虑用队列组

dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 执行1个耗时的异步操作
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 等前面的异步操作都执行完毕后，回到主线程...
});

例如：

// 封装一个方法，传入一个url参数，返回一张网络上下载的图片 
- (UIImage *)imageWithURLString:(NSString *)urlString {  
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:urlString];  
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];  
    // 这里并没有自动释放UIImage对象  
    return [[UIImage alloc] initWithData:data];  
}  
  
- (void)downloadImages {  
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);  
    // 异步下载图片  
    dispatch_async(queue, ^{  
        // 创建一个组  
        dispatch_group_t group = dispatch_group_create();  
        __block UIImage *image1 = nil;  
        __block UIImage *image2 = nil;  
          
        // 关联一个任务到group,下载第一张图片
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{    
            NSString *url1 = @"http://car0.autoimg.cn/upload/spec/9579/u_20120110174805627264.jpg";  
            image1 = [self imageWithURLString:url1];  
        });  
        // 关联一个任务到group,下载第二张图片  
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ 
            NSString *url2 = @"http://hiphotos.baidu.com/lvpics/pic/item/3a86813d1fa41768bba16746.jpg";  
            image2 = [self imageWithURLString:url2];  
        });  
          
        // 等待组中的任务执行完毕,回到主线程执行block回调  
        dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{  
            self.imageView1.image = image1;  
            self.imageView2.image = image2;  
 
           //合并两张图片 
           //注意最后一个参数是浮点数（0.0），不要写成0
          UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(CGSizeMake(200, 100), NO, 0.0); 
           [image1 drawInRect:CGRectMake(0, 0, 100, 100)]; 
           [image2 drawInRect:CGRectMake(100, 0, 100, 100)]; 
           self.imageView3.image=UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext(); 
           //关闭上下文 
           UIGraphicsEndImageContext(); 
           NSLog(@"图片合并完成---%@",[NSThread currentThread]);            
        });  
    });  
}

dispatch_group_notify函数用来指定一个额外的block，该block将在group中所有任务完成后执行

四、GCD其他用法

用于延时

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{

       //延迟执行的方法

    });

延迟执行：不需要再写方法，且它还传递了一个队列，我们可以指定并安排其线程。
如果队列是主队列，那么就在主线程执行，如果队列是并发队列，那么会新开启一个线程，在子线程中执行。

一次性代码

//使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
});

整个程序运行过程中，只会执行一次。

五、回答常见问题

dispatch_barrier_async的作用是什么？
在并行队列中，为了保持某些任务的顺序，需要等待一些任务完成后才能继续进行，使用barrier来等待之前任务完成，避免数据竞争等问题。 dispatch_barrier_async函数会等待追加到Concurrent Dispatch Queue并行队列中的操作全部执行完之后，然后再执行 dispatch_barrier_async函数追加的处理，等 dispatch_barrier_async 追加的处理执行结束之后，Concurrent Dispatch Queue才恢复之前的动作继续执行。
（注意：使用 dispatch_barrier_async，该函数只能搭配自定义并行队列 dispatch_queue_t使用。不能使用：dispatch_get_global_queue，否则 dispatch_barrier_async的作用会和 dispatch_async的作用一模一样。）
苹果为什么要废弃dispatch_get_current_queue？
dispatch_get_current_queue容易造成死锁

非常感谢：文顶顶、M了个J