iOS实录13：GCD使用小结

[这是第13篇]

导语：在iOS中，多线程方案有四种：pthread、NSThread、NSOperation & NSOperationQueue 和 GCD，但是开发中GCD使用得最多，本文主要总结一下我使用GCD的情况。

一、GCD(Grand Central Dispatch)概述

1、基本概念

• GCD允许程序将任务切分为多个单一任务，提交至Dispatch Queue，然后系统调度线程，实现并发或者串行地执行任务。GCD隐藏了内部线程的调度，开发者只需要关注创建或获取队列，然后将Block追加到队列中即可。

• 在iOS中有两种队列，分别是串行队列和并发队列

• 串行队列：同一时间队列中只有一个任务在执行，每个任务只有在前一个任务执行完成后才能开始执行。主队列(通过dispatch_get_main_queue()获取，提交至主队列的任务会在主线程中执行) 就是串行队列，也可以使用dispatch_queue_create创建串行队列。

串行队列.png

• 并发队列：这些任务会按照被添加的顺序开始执行。但是任意时刻有多个Block（任务）运行，这个完全是取决于GCD。并发队列可以使用dispatch_queue_create创建，也可以获取进程中的全局队列，全局队列有：高、中（默认）、低三个优先级队列。可以调用dispatch_get_global_queue函数传入相应优先级来访问队列。

并发队列.png

• 同步执行：阻塞当前线程，直到当前block中任务执行完毕才返回。同步并不创建新线程。不能使用sync将任务添加到主队列，这样会造成死锁。

• 异步执行：不会阻塞当前线程，函数会立即返回, block会在后台异步执行；异步必定会开启新线程。

说明1：有些博客中将并发队列说成 并行队列，这是不对的。因为并行是多个事件在同一时刻发生，而并发是多个事件在同一时间间隔发生；并行完全依赖处理器的核数。而并发才能充分的利用处理器的每一个核，以达到最高的处理性能。

说明2：队列不等于线程。 作为开发者的我们，只是将Block添加进合适的GCD队列，真正的线程的调度是由系统完成的；无论同步（sync）还是异步（async）向主队列提交Block，最终Block都是在主线程中执行；同步（sync）往非主队列中提交Block，会在当前线程中执行； 如果是异步（async）往非主队列中提交Block，则会在分线程中执行。

2、串行队列/并发队列 和 同步/异步的组合 ( 重点 )#####

有四种组合方式

** 1）串行队列 + 同步组合（常用）**

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
//    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.serial.queue", NULL);
//
dispatch_sync(serialQueue, ^{
    NSLog(@"串行队列 + 同步:%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_sync(serialQueue, ^{
    NSLog(@"串行队列 + 同步:%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_sync(serialQueue, ^{
    NSLog(@"串行队列 + 同步:%@",[NSThread currentThread]);
});

串行队列 + 同步组合结果.png

说明1：串行队列 （自己创建的串行线程）+ 同步组合下，不会新建线程，依然在当前线程上执行任务。不可以在主线程中使用sync方法，会造成死锁。

说明2：比较常用，同步锁的替代方法。

** 2）串行队列 + 异步组合**

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
//    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.serial.queue", NULL);
//
dispatch_async(serialQueue, ^{
    NSLog(@"串行队列 + 异步:%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_async(serialQueue, ^{
    NSLog(@"串行队列 + 异步:%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_async(serialQueue, ^{
    NSLog(@"串行队列 + 异步:%@",[NSThread currentThread]);
});

串行队列 + 异步组合结果.png

说明：串行队列(无论是自己创建的，还是获取主队列） + 异步组合下，会新建线程，但只开启一条线程；

** 3）并发队列 + 同步组合**

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_sync(concurrentQueue, ^{
    NSLog(@"并发队列 + 同步1：%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_sync(concurrentQueue, ^{
    NSLog(@"并发队列 + 同步2：%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_sync(concurrentQueue, ^{
    NSLog(@"并发队列 + 同步3：%@",[NSThread currentThread]);
});

并发队列 + 同步组合结果.png

说明： 并发队列(无论是自己创建的，还是获取全局队列) + 同步组合下，并没有新建线程，任务依然在当前线程上执行。

** 4）并发队列 + 异步组合（常用）**

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(concurrentQueue, ^{
    NSLog(@"并发队列 + 异步：%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_async(concurrentQueue, ^{
    NSLog(@"并发队列 + 异步：%@",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_async(concurrentQueue, ^{
    NSLog(@"并发队列 + 异步：%@",[NSThread currentThread]);
});

并发队列 + 异步组合结果.png

说明：并发队列(无论是自己创建的，还是获取全局队列) + 异步组合下，会新建线程，iOS 系统中可以开多条线程。

| |同步 | 异步|
|--|--|
|串行队列| 1、不会新建线程，依然在当前线程上执行任务；</br>2、类似同步锁，是同步锁的替代方案| 1、会新建线程，但只开启一条线程；</br>2、每次使用 dispatch_queue_create创建串行队列，就会创建一条新线程；多次创建，会创建多条线程，多条线程间并发执行。|
|并发队列| 不会新建线程，依然在当前线程上执行任务| 1、会新建线程，可以开多条线程；</br>2、iOS7-SDK 时代一般是5、6条， iOS8-SDK 以后可以50、60条|

总结1：不可以在主线程中使用sync方法，否则会造成死锁。

总结2：串行队列 + 同步组合 可以替代同步锁；

总结3：为了提高效率，如多线程下载图片等，并发队列 + 异步比较常用。

二、GCD使用1：异步处理

dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_async(globalQueue, ^{
    // 一个异步的任务，如网络请求，耗时的文件操作等等
    ...
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // UI刷新 或其他主线程操作
        ...
    });
});

说明：该用法最常见，如开启一个异步的网络请求，待数据返回后在主线程刷新UI等。

三、GCD使用2：单例

dispatch_once实现单例，以实现QSAccountManager单例为例。源码如下：

1、实现

//QSAccountManager.m
@implementation QSAccountManager

static QSAccountManager *_shareManager = nil;
+ (instancetype)shareManager{

    static dispatch_once_t once;
    dispatch_once(&once, ^{
        _shareManager = [[self alloc] init];
    });
    return _shareManager;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{

    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _shareManager = [super allocWithZone:zone];
    });
    return _shareManager;
}

- (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone{
    return _shareManager;
}

@end

说明1：dispatch_once函数中，参数1是代码块是否被调用的谓词，参数2是被调用的代码块。该函数中的代码块只会被执行一次，而且还是线程安全的。

说明2：要保证单例类只有一个唯一的实例，还需要实现allocWithZone和copyWithZone方法，这保证使用init和copy方法返回也是唯一实例。

2、使用

QSAccountManager *account1 = [QSAccountManager shareManager];
QSAccountManager *account2 = [QSAccountManager new];
QSAccountManager *account3 = [[QSAccountManager alloc]init];
QSAccountManager *account4 = [account3 copy];

NSLog(@"account1 = %@",account1);
NSLog(@"account2 = %@",account2);
NSLog(@"account3 = %@",account3);
NSLog(@"account4 = %@",account4);

单例输出结果.png

四、GCD使用3：代替同步锁

• atomic 的内存管理语义是原子性的，仅保证了属性的setter和getter方法是原子性的，但是执行效率低，可以使用GCD实现。

• @synchronized(self)同步块机制，会根据给定的对象，自动创建一个锁，并等待块中的代码执行完毕，才释放锁。执行效率低。

• 替代方案：将数据的读取和写放入串行同步队列，保证数据同步，线程安全。

• 替代方案：结合GCD的栅栏块（barrier）和 并发队列 实现数据同步，线程安全。（比串行同步队列方式更高效）

1、代替atomic实现线程安全的setter和getter方法

//串行队列
_syncQueue = dispatch_queue_create("com.jzp.syncQueue",NULL);

//假设属性是someString
- (NSString *)someString {
    __block NSString *localSomeString;
    dispatch_sync(_syncQueue, ^{
        localSomeString = _someString;
    });
    return localSomeString;
}

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

2、实现线程安全的NSMutableArray

• 主要依靠栅栏块单独执行的特性，在并发队列中如果发现接下来要处理的块是个栏栅块，那么就一直等到当前所有并发块都执行完毕，才会单独执行这个栏栅块。待栏栅块执行过后，再按正常方式继续向下处理。

• 这部分实现详见 iOS实录12：NSMutableArray使用中忽视的问题中“一、线程安全的NSMutableArray”。

说明：dispatch_barrier_sync和dispatch_barrier_async只在自己创建的并发队列上有效，在全局(Global)并发队列、串行队列上，效果跟dispatch_(a)sync效果一样。

五、GCD使用4：dispatch_group实现线程同步

1、简单模式#####

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, ^{
    // 任务1

});

dispatch_group_async(group, queue, ^{
    // 任务2
});

// 等待group中多个异步任务执行完毕，会发出同步信号

// 方式1（会阻塞当前线程，group上任务都完成或超时等待就执行）
dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// ...

// 方式2（不会阻塞当前线程,group上任务都完成，执行block中代码）
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 任务完成后，在主队列中做一些操作
  
});

说明：将block(任务)放入队列中执行，并和调度组 group相关联；如果提交到dispatch queue中的block全都执行完毕，会执行dispatch_group_notify中的block代码; 或在group上任务完成前，dispatch_group_wait会阻塞当前线程(所以不能放在主线程调用)一直等待；当group上任务完成，或者等待时间超过设置的超时时间会结束等待。

2、多异步任务的同步#####

• 成对使用dispatch_group_enter和dispatch_group_leave，可以将异步任务加入group中；

• 当这些异步任务处理完成后，dispatch_group_notify和dispatch_group_wait会收到同步信号；

• 异步任务如请求，通过该机制实现批量请求的处理。

dispatch_group_t batch_request_group = dispatch_group_create();

dispatch_group_enter(batch_request_group);
[self.request1 startWithCompleteBlock:^(BOOL isSuccess, id  _Nullable responseObj, NSString * _Nonnull errorDesc) {
    
    //TODO 数据解析....
    
     dispatch_group_leave(batch_request_group);
}];

dispatch_group_enter(batch_request_group);
[self.request2 startWithCompleteBlock:^(BOOL isSuccess, id  _Nullable responseObj, NSString * _Nonnull errorDesc) {
    
    //TODO 数据解析....
    
    dispatch_group_leave(batch_request_group);
}];

dispatch_group_enter(batch_request_group);
[self.request3 startWithCompleteBlock:^(BOOL isSuccess, id  _Nullable responseObj, NSString * _Nonnull errorDesc) {
    
    //TODO 数据解析....
    
    dispatch_group_leave(batch_request_group);
}];

dispatch_group_notify(batch_request_group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    
    //三个请求都结束了，继续处理
});

六、GCD使用其他

1、dispatch_apply#####

按 指定的次数 将指定的Block追加到 指定的Dispatch Queue中, 并等到全部处理执行结束。有并行的运行机制，效率一般快于for循环的类串行机制。

/**
 @param 10 指定重复次数，这里指定10次
 @param gQueue 追加对象的Dispatch Queue
 @param index 带有参数的Block, index的作用是为了按执行的顺序区分各个Block
 */
dispatch_apply(10, gQueue, ^(size_t index) {
   
    NSLog(@"%zu",index);
    
});

2、dispatch_after#####

延迟执行

// NSEC_PER_SEC，每秒有多少纳秒。
// USEC_PER_SEC，每秒有多少毫秒。
// NSEC_PER_USEC，每毫秒有多少纳秒。
// DISPATCH_TIME_NOW 从现在开始
// DISPATCH_TIME_FOREVE 永久

// time为5s
dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC));
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_after(time, queue, ^{
    // 在queue里面延迟执行的一段代码
    // ...
    
});

3、小心死锁#####

• 死锁情况1： 在主线程中使用sync方法

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 任务
    ...
});

• **死锁情况2： ** 在串行队列添加同步任务；

// 在串行队列添加同步任务 
dispatch_sync(serialQueue, ^{
    // 任务
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        // 任务
    });
};

End

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• 我是南华coder，一名北漂的初级iOS程序猿。iOS实(践)录系列是我的一点开发心得，希望能够抛砖引玉。