kkkk多线程-GCD

作者: ricefun | 来源:发表于2019-07-08 15:56 被阅读0次

kkkk多线程-GCD
7.3 多线程-GCD
iOS多线程：『GCD』详尽总结
iOS面试之多线程模块
iOS 多线程
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多线程之GCD
Swift 基本语法（十一）— 泛型、多线程
iOS面试之多线程大全

声明:本文仅仅只为个人学习整理，更具体的请移步大神原作 -- 行走少年郎 iOS多线程：『GCD』详尽总结

GCD：（Grand Central Dispatch）

任务和队列
任务：即执行操作，在线程中执行的那段代码。放在GCDd block。分为同步执行 和 异步执行，区别是否等待队列的任务执行结束，以及是否具备开启新线程的能力

注意：异步执行（async）虽然具有开启新线程的能力，但是并不一定开启新线程。这跟任务所指定的队列类型有关

队列(Dispatch Queue)：执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列。且队列是一种特殊的线性表采用FIFO(先进先出)
在GCD中有两种队列：串行队列和并发队列。两者都符合FIFO原则。两者区别：执行顺序不同，以及开启线程数不同
串行队列(Serial Dispatch queue):每次只有一个任务被执行，只开启一个线程，一个任务执行完毕，再执行下一个。
并发队列(Concurrent Dispatch Queue):可以让多任务并发(同时)执行。(可以开启多线程，并且同时执行任务)

注意：并发队列 的并发功能只有在异步函数(dispatch_async)下才有效

GCD使用
步骤
1.创建一个队列(串行或并行)
2.将任务加到任务的等待队列中，然后系统会根据任务类型执行任务(同步或异步)
队列创建和获取
可以使用dispatch_queue_create来创建队列，需要传入两个参数，第一个参数表示队列的唯一标识符，用于 DEBUG，可为空，Dispatch Queue 的名称推荐使用应用程序 ID 这种逆序全程域名；第二个参数用来识别是串行队列还是并发队列。DISPATCH_QUEUE_SERIAL 表示串行队列，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 表示并发队列。

// 串行队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("org.riceFun.testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 并发队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("org.riceFun.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

特殊队列
1.对于串行队列，GCD 提供了的一种特殊的串行队列：主队列（Main Dispatch Queue）。
*所有放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行。
*可使用dispatch_get_main_queue()获得主队列。

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

2.对于并发队列，GCD 默认提供了全局并发队列（Global Dispatch Queue）。
可以使用dispatch_get_global_queue来获取。需要传入两个参数。第一个参数表示队列优先级，一般用DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT。第二个参数暂时没用，用0即可。

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

任务的创建方法

// 同步执行任务创建方法
dispatch_sync(queue, ^{
    // 这里放同步执行任务代码
});
// 异步执行任务创建方法
dispatch_async(queue, ^{
    // 这里放异步执行任务代码
});

队列和执行方式组合
1.同步执行 + 并发队列
2.异步执行 + 并发队列
3.同步执行 + 串行队列
4.异步执行 + 串行队列
5.同步执行 + 主队列
6.异步执行 + 主队列

区别	并发队列	串行队列	主队列
同步(sync)	没有开启新线程，串行执行任务	没有开启新线程，串行执行任务	主线程调用：死锁卡住不执行其他线程调用：没有开启新线程，串行执行任务
异步(async)	有开启新线程，并发执行任务	有开启新线程(1条)，串行执行任务	没有开启新线程，串行执行任务

GCD 线程间的通信
通常把一些耗时的操作(图片下载、文件上传)放在其他线程，在其他线程完成了耗时操作后需要回到主线程，那么就用到了线程之间的通讯。

/**
 * 线程间通信
 */
- (void)communication {
    // 获取全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); 
    // 获取主队列
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue(); 
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 异步追加任务
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        
        // 回到主线程
        dispatch_async(mainQueue, ^{
            // 追加在主线程中执行的任务
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        });
    });
}

GCD 的其他方法
GCD 栅栏方法：dispatch_barrier_async
异步执行两组操作，而且第一组操作执行完之后，才能开始执行第二组操作。这样我们就需要一个相当于栅栏一样的一个方法将两组异步执行的操作组给分割起来，当然这里的操作组里可以包含一个或多个任务。
dispatch_barrier_async方法在两个操作组间形成栅栏。
dispatch_barrier_async函数会等待前边追加到并发队列中的任务全部执行完毕之后，再将指定的任务追加到该异步队列中。然后在dispatch_barrier_async函数追加的任务执行完毕之后，异步队列才恢复为一般动作，接着追加任务到该异步队列并开始执行。

/**
 * 栅栏方法 dispatch_barrier_async
 */
- (void)barrier {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        // 追加任务 barrier
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"barrier---%@",[NSThread currentThread]);// 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务4
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"4---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
}
在执行完栅栏前面的操作之后，才执行栅栏操作，最后再执行栅栏后边的操作。

dispatch_barrier_sync

dispatch_barrier_sync也能做到分割任务
dispatch_barrier_sync分割能所有任务
dispatch_barrier_async只能分割queue的任务

扩展-读写锁
读写锁是一种特殊的的自旋锁；它能做到多读单写；
同一时间，只能有1个线程进行写的操作
同一时间，允许有多个线程进行读的操作
同一时间，不允许既有写的操作，又有读的操作

实现：使用并发队列
读：dispatch_sync + concurrent_queue
写：dispatch_barrier_async + concurrent_queue

########### .h文件
#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface RF_RWLock : NSObject
// 读数据
- (id)rf_objectForKey:(NSString *)key;
// 写数据
- (void)rf_setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

########### .m文件
#import "RF_RWLock.h"

@interface RF_RWLock ()
// 定义一个并发队列:
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t concurrent_queue;
// 用户数据中心, 可能多个线程需要数据访问:
@property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *dataCenterDic;
@end

@implementation RF_RWLock

- (id)init{
    self = [super init];
    if (self){
        // 创建一个并发队列:
        self.concurrent_queue = dispatch_queue_create("read_write_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        // 创建数据字典:
        self.dataCenterDic = [NSMutableDictionary dictionary];
    }
    return self;
}

#pragma mark - 读数据
- (id)rf_objectForKey:(NSString *)key{
    __block id obj;
    // 同步读取指定数据:
    dispatch_sync(self.concurrent_queue, ^{
        obj = [self.dataCenterDic objectForKey:key];
    });
    return obj;
}

#pragma mark - 写数据
- (void)rf_setObject:(id)obj forKey:(NSString *)key{
    // 异步栅栏调用设置数据:
    dispatch_barrier_async(self.concurrent_queue, ^{
        [self.dataCenterDic setObject:obj forKey:key];
    });
}

@end

官方说明大意:在使用栅栏函数时.使用自定义并发队列才有意义,如果用的是串行队列或者系统提供的全局并发队列,这个栅栏函数的作用等同于一个同步函数的作用

GCD 延时执行方法：dispatch_after
函数并不是在指定时间之后才开始执行处理，而是在指定时间之后将任务追加到主队列中。严格来说，这个时间并不是绝对准确的，但想要大致延迟执行任务，dispatch_after函数是很有效的。

/**
 * 延时执行方法 dispatch_after
 */
- (void)after {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"asyncMain---begin");
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 2.0秒后异步追加任务代码到主队列，并开始执行
        NSLog(@"after---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    });
}

GCD 一次性代码（只执行一次）：dispatch_once

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，并且即使在多线程的环境下，dispatch_once也可以保证线程安全。
/**
 * 一次性代码（只执行一次）dispatch_once
 */
- (void)once {
    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)
    });
}

GCD 快速迭代方法：dispatch_apply
通常我们会用 for 循环遍历，但是 GCD 给我们提供了快速迭代的函数dispatch_apply。dispatch_apply按照指定的次数将指定的任务追加到指定的队列中，并等待全部队列执行结束。

/**
 * 快速迭代方法 dispatch_apply
 */
- (void)apply {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    NSLog(@"apply---begin");
    dispatch_apply(6, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%zd---%@",index, [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"apply---end");
}

因为是在并发队列中异步执行任务，所以各个任务的执行时间长短不定，最后结束顺序也不定。但是apply---end一定在最后执行。这是因为dispatch_apply函数会等待全部任务执行完毕。

GCD 队列组：dispatch_group
分别异步执行2个耗时任务，然后当2个耗时任务都执行完毕后再回到主线程执行任务。这时候我们可以用到 GCD 的队列组。

调用队列组的 dispatch_group_async 先把任务放到队列中，然后将队列放入队列组中。或者使用队列组的dispatch_group_enter、dispatch_group_leave组合来实现dispatch_group_async。
调用队列组的dispatch_group_notify 回到指定线程执行任务。

/**
 * 队列组 dispatch_group_notify
 */
- (void)groupNotify {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"group---begin");
    
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 等前面的异步任务1、任务2都执行完毕后，回到主线程执行下边任务
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        NSLog(@"group---end");
    });
}

当所有任务都执行完成之后，才执行dispatch_group_notify block 中的任务。

使用dispatch_group_wait 回到当前线程继续向下执行（会阻塞当前线程）。

/**
 * 队列组 dispatch_group_wait
 */
- (void)groupWait {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"group---begin");
    
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    // 等待上面的任务全部完成后，会往下继续执行（会阻塞当前线程）
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    NSLog(@"group---end");
}

当所有任务执行完成之后，才执行 dispatch_group_wait 之后的操作。但是，使用dispatch_group_wait 会阻塞当前线程。

dispatch_group_enter、dispatch_group_leave
1.dispatch_group_enter 标志着一个任务追加到 group，执行一次，相当于 group 中未执行完毕任务数+1
2.dispatch_group_leave 标志着一个任务离开了 group，执行一次，相当于 group 中未执行完毕任务数-1
3.当 group 中未执行完毕任务数为0的时候，才会使dispatch_group_wait解除阻塞，以及执行追加到dispatch_group_notify中的任务

/**
 * 队列组 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave
 */
- (void)groupEnterAndLeave
{
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"group---begin");
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    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.
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        NSLog(@"group---end");
    });
    
//    // 等待上面的任务全部完成后，会往下继续执行（会阻塞当前线程）
//    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
//
//    NSLog(@"group---end");
}

GCD 信号量：dispatch_semaphore
Dispatch Semaphore 中，使用计数来完成这个功能，计数小于 0 时等待，不可通过。计数为 0 或大于 0 时，计数减 1 且不等待，可通过。
-dispatch_semaphore_create：创建一个 Semaphore 并初始化信号的总量
-dispatch_semaphore_signal：发送一个信号，让信号总量加 1
-dispatch_semaphore_wait：可以使总信号量减 1，信号总量小于 0 时就会一直等待（阻塞所在线程），否则就可以正常执行。

注意：信号量的使用前提是：想清楚你需要处理哪个线程等待（阻塞），又要哪个线程继续执行，然后使用信号量。

Dispatch Semaphore 线程安全和线程同步（为线程加锁）
若有多个线程同时执行写操作（更改变量），一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
卖票例子

/**
 * 线程安全：使用 semaphore 加锁
 * 初始化火车票数量、卖票窗口(线程安全)、并开始卖票
 */
- (void)initTicketStatusSave {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"semaphore---begin");
    
    semaphoreLock = dispatch_semaphore_create(1);
    
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // queue1 代表北京火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    // queue2 代表上海火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(queue1, ^{
        [weakSelf saleTicketSafe];
    });
    
    dispatch_async(queue2, ^{
        [weakSelf saleTicketSafe];
    });
}

/**
 * 售卖火车票(线程安全)
 */
- (void)saleTicketSafe {
    while (1) {
        // 相当于加锁
        dispatch_semaphore_wait(semaphoreLock, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        
        if (self.ticketSurplusCount > 0) {  //如果还有票，继续售卖
            self.ticketSurplusCount--;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%d 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        } else { //如果已卖完，关闭售票窗口
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            
            // 相当于解锁
            dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
            break;
        }
        
        // 相当于解锁
        dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
    }
}

Dispatch Semaphore 控制线程的最大并发数
eg：通过使用Semaphore 的数量，控制最大并发数为2；当然如果使用NSOperation，那就更加简单，直接设置并发数属性值就OK了；

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    // 信号量 -- gcd控制并发数
    // 同步
    //总结：由于设定的信号值为2，先执行三个线程，等执行完一个，才会继续执行下一个，保证同一时间执行的线程数不超过2
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(2);
    
    //任务1
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务1");
        sleep(1);
        NSLog(@"任务1完成");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    
    //任务2
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务2");
        sleep(1);
        NSLog(@"任务2完成");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    
    //任务3
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务3");
        sleep(1);
        NSLog(@"任务3完成");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });

Dispatch Source
一般用于计时器 MSWeakTimer

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.totalComplete = 0;
    
    self.queue = dispatch_queue_create("com.tz.cn.cooci", 0);
    
    /**
     第一个参数：dispatch_source_type_t type为设置GCD源方法的类型，前面已经列举过了。
     第二个参数：uintptr_t handle Apple的API介绍说，暂时没有使用，传0即可。
     第三个参数：unsigned long mask Apple的API介绍说，使用DISPATCH_TIMER_STRICT，会引起电量消耗加剧，毕竟要求精确时间，所以一般传0即可，视业务情况而定。
     第四个参数：dispatch_queue_t _Nullable queue 队列，将定时器事件处理的Block提交到哪个队列之上。可以传Null，默认为全局队列。注意：当提交到全局队列的时候，时间处理的回调内，需要异步获取UI线程，更新UI...不过这好像是常识，又啰嗦了...
     */
    self.source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
    
    
    // 保存代码块 ---> 异步 dispatch_source_set_event_handler()
    // 设置取消回调 dispatch_source_set_cancel_handler(dispatch_source_t source,dispatch_block_t _Nullable handler)
    // 封装我们需要回调的触发函数 -- 响应
    dispatch_source_set_event_handler(self.source, ^{
        
        NSUInteger value = dispatch_source_get_data(self.source); // 取回来值 1 响应式
        self.totalComplete += value;
        NSLog(@"进度：%.2f", self.totalComplete/100.0);
        self.progressView.progress = self.totalComplete/100.0;
    });
    
    self.isRunning     = YES;
    dispatch_resume(self.source);
}

- (IBAction)didClickStartOrPauseAction:(id)sender {
    if (self.isRunning) {// 正在跑就暂停
        dispatch_suspend(self.source);
        dispatch_suspend(self.queue);// mainqueue 挂起
        self.isRunning = NO;
        [sender setTitle:@"暂停中..." forState:UIControlStateNormal];
    }else{
        dispatch_resume(self.source);
        dispatch_resume(self.queue);
        self.isRunning = YES;
        [sender setTitle:@"加载中..." forState:UIControlStateNormal];
    }
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{

    NSLog(@"点击开始加载");
    
    for (NSUInteger index = 0; index < 100; index++) {
        dispatch_async(self.queue, ^{
            if (!self.isRunning) {
                NSLog(@"暂停下载");
                return ;
            }
            sleep(2);

            dispatch_source_merge_data(self.source, 1); // source 值响应
        });
    }
}