iOS多线程实现——GCD的基本使用

作者: 听海听心 | 来源:发表于2017-12-11 16:31 被阅读7次

今天和大家一起来讨论一下GCD的基本使用，有疏忽的地方，还望各位不吝赐教。

一、多线程简介

1、多线程相关的概念

进程：

1、进程是指在系统中正在运行的一个应用程序；
2、每个进程是独立的，每个进程运行在专用且受保护的内存空间中。

线程：

1、一个进程执行任务，必须依赖线程（一个进程至少有一条线程）；
2、进程的所有任务都在线程中执行。

线程的串行：

1、一个线程中任务的执行是串行的
2、如果要在一个线程中执行多个任务，只能一个一个按顺序执行，即同一时间一个线程只能执行一个任务；

线程和进程的比较：

1、线程是CPU调用（执行任务）的最小单位。
2、进程是CPU分配资源的最小单位。
3、一个程序可以对应多个进程，一个进程中可以有多个线程，但至少有一个。
4、同一个进程中的线程共享进程的资源。

多线程：

一个进程中可以开启多条线程的，每一条线程可以并行（同时）执行不同的任务。其实在同一时间，CPU只能处理一条线程，多线程的并发（同时）执行，其实是一种假象，只不过是快速的在多条线程之间进行调度，也就是切换罢了。但是一般不建议开很多条线程，因为开线程越多，相应的开销就越大，对于CPU来说负担就越重。

2、多线程的优缺点

优点：
1、能适当的提高程序的执行效率；
2、能适当的提高资源的利用率（包括CPU和内存）。
缺点：
1、创建线程是有开销的，iOS 9下主要成本包括：内核数据结构（大约1KB）、栈空间（子线程512KB，主线程1MB，也可以使用-setStackSize：进行设置，但是必须是4KB的倍数，最小16KB），创建线程大约需要90毫秒的时间进行创建。
2、如果开启大量的线程，会降低程序的性能。
3、线程越多，CPU在线程上的开销就越大。
4、程序设计更加复杂，包括在线程之间的通信和多线程之间的数据共享。

3、多线程在iOS中的应用

主线程

一个iOS程序运行后，默认会开启一条线程，称为主线程或者UI线程。

主线程的主要作用

1、显示\刷新UI界面；
2、处理UI事件（比如点击事件，滚动事件和拖拽事件等）；
3、注意不要将耗时操作放到主线程汇总；
4、耗时操作会卡住主线程，严重影响UI的流畅度，造成不好的用户体验；
5、在开发过程中，注意将耗时操作放到子线程中进行执行。

二、多线程安全

当多个线程同时访问一块资源的时候，会发生数据错乱和数据安全的问题。
解决方案：互斥锁
当线程A访问资源的时候加锁，保证其他线程无法在线程A访问期间进行对本资源的操作，在线程A操作完成后，会打开添加的互斥锁，之后其他线程可以按照同样的方式进行访问资源。

    格式：
    @synchronized(锁对象) {需要锁定的代码}
    使用方式：
    @synchronized(self) {}

注意点：
1、锁必须是全局唯一的，所以一般使用控制器作为标识。
2、注意加锁的前提条件，在多线程访问同一块资源的时候再添加。
3、加锁是需要耗费性能的。
4、加锁的结果：线程同步（多条线程在同一条线上执行，按照顺序进行执行）
关于原子属性和非原子属性的解释：
*atomic：
原子属性，会为setter方法加锁，默认为atomic。
因为会为setter方法加锁，所以在使用的时候是线程安全的，但是会消耗大量的资源。
*nonatomic：
非原子属性，不会为setter方法加锁。
虽然nonatomic是不安全的，但是出现多个线程同时访问一块资源的情况很少，为了保证效率，所以一般使用nonatomic。
建议：
尽量把这些争夺资源的任务交给服务器端处理，减小移动端的压力。

三、iOS多线程实现方案

技术方案	简介	语言	线程生命周期	使用频率
pthread	一套通用的多线程API 可移植,适用于多个平台使用难度大	C	程序员管理	几乎不用
NSThread	使用更加面向对象简单易用，可以直接操作线程对象	OC	程序员管理	偶尔使用
GCD	为了替代NSThread等的线程技术充分利用设备的多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	基于GCD 相比GCD多了一些更简单实用的功能更加面向对象	OC	自动管理	经常使用

四、GCD多线程实现方案

1、GCD简介

全称是Grand Central Dispatch，是一个纯C语言的库，是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案。

2、GCD优势

1、GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核和四核）
2、GCD会自动管理线程的生命周期（创建线程，调度线程和销毁线程）
3、程序员不需要手动编写管理线程的任何代码，只需要告诉GCD想要执行什么任务

3、任务和队列

任务：执行的操作统称为任务
队列：用来存放任务，并且调度任务在那些线程中执行

4、使用步骤

1、定制任务
确定想做的任务
2、将任务添加到队列中
GCD会自动将队列中的任务取出来，放到对应的线程中执行
任务的取出遵循队列的FIFO的原则：先进先出，后进后出

5、执行任务的方式

GCD中有两个用来执行任务的常用函数

同步函数
同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
异步函数
异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力

6、队列的类型

GCD中队列分为两大类型

并发队列（Concurrent Dispatch Queue）
可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
串行队列（Serial Dispatch Queue）
可以让任务一个接着一个的执行（一个执行完之后，再执行下一个任务）

7、术语的相关解释

同步和异步主要影响的是能不能开启新的线程这里指的是函数
同步：只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
异步：可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
并发和串行主要影响：任务的执行方式这里指的是队列
并发：可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
串行：可以让任务一个接着一个的执行（一个执行完之后，再执行下一个任务）

五、pthread简单使用

因为pthread用的不多，所以简单提一下，关于其创建线程的使用如下：

   // 1、创建线程对象
    pthread_t thread;
    
    // 2、创建线程
    /*
     * 第一个参数：线程对象，传递地址
     * 第二个参数：线程的属性 NULL
     * 第三个参数：指向函数的指针
     * 第四个参数：函数需要接受的参数
     */
    pthread_create(&thread, NULL, task, NULL);
    // 3、task实现
    void *task(void *param){

        NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
        return NULL;
    }

六、GCD简单使用

创建并发队列的方式

1、create创建并发队列（主动创建）

    /*
     * 第一个参数：c语言的字符串，标签
     * 第二个参数：队列的类型
     * DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并发
     * DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行
     */
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.jianshu.gcd",DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

2、获取全局并发队列（系统中本身存在，拿过来用就行了）

  /* 和DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT创建的并发队列 是等价的
   * 第一个参数：优先级 四种 一般用默认的即可
        #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2
        #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0
        #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2)
        #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN 最低的优先级
   * 第二个参数：系统说明是给未来使用的，使用的时候传参为0即可。
   */
  
  dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

创建串行队列的方式

1、create创建串行队列（主动创建）

    /*
     * 第一个参数：c语言的字符串，标签
     * 第二个参数：队列的类型
     * DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并发
     * DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行 或者传递NULL 
     */
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.jianshu.gcd",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

2、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在主线程中进行执行。
   * 第一个参数：c语言的字符串，标签
   * 第二个参数：队列的类型
   * DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并发
   * DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行 或者传递NULL 
   */

函数和队列的组合情况

1、异步函数 + 并发队列: 会开启多条线程，队列中的任务是异步（并发）执行

    // 1.创建队列
    /*
     * 第一个参数：c语言的字符串，标签
     * 第二个参数：队列的类型
     * DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并发
     * DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行
     */
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.jianshu.gcd", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 2、封装任务 > 将任务添加到队列中
    /* 
     * 第一个参数：要执行的队列
     * 第二个参数：要执行的任务
     * 注意：
        并不是有几个任务就开几条线程，具体开几条线程由系统进行衡量！
     */
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    // 打印结果：
        3---------<NSThread: 0x60800007e880>{number = 5, name = (null)}
        1---------<NSThread: 0x600000078700>{number = 3, name = (null)}
        2---------<NSThread: 0x60800007e2c0>{number = 4, name = (null)}

2、异步函数 + 串行队列: 会开启一条线程，队列中的任务是同步（串行）执行的

    // 1.创建队列
    /*
     * 第一个参数：c语言的字符串，标签
     * 第二个参数：队列的类型
     * DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并发
     * DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行
     */
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.jianshu.gcd", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    // 2、封装任务 > 将任务添加到队列中
    /*
     * 第一个参数：要执行的队列
     * 第二个参数：要执行的任务
     */
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    // 打印结果：
        1---------<NSThread: 0x60000007d180>{number = 3, name = (null)}
        2---------<NSThread: 0x60000007d180>{number = 3, name = (null)}
        3---------<NSThread: 0x60000007d180>{number = 3, name = (null)}

3、同步函数 + 并发队列:不会开线程，任务是串行执行的

    // 1.创建队列
    /*
     * 第一个参数：c语言的字符串，标签
     * 第二个参数：队列的类型
     * DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并发
     * DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行
     */
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.jianshu.gcd", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
   
    // 2、封装任务 > 将任务添加到队列中
    /*
     * 第一个参数：要执行的队列
     * 第二个参数：要执行的任务
     */
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    // 打印结果：
        1---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}
        2---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}
        3---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}

4、同步函数 + 串行队列:不会开线程，任务是串行执行的（效果和3同）

    // 1.创建队列
    /*
     * 第一个参数：c语言的字符串，标签
     * 第二个参数：队列的类型
     * DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并发
     * DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行
     */
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.jianshu.gcd",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    // 2、封装任务 > 将任务添加到队列中
    /*
     * 第一个参数：要执行的队列
     * 第二个参数：要执行的任务
     */
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    // 打印结果：
        1---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}
        2---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}
        3---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}

5、异步函数 + 主队列:不会开线程，任务是串行执行的

    // 1.获得主队列

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    
    // 2、封装任务 > 将任务添加到队列中
    /*
     * 第一个参数：要执行的队列
     * 第二个参数：要执行的任务
     */
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    // 打印结果：
        1---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}
        2---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}
        3---------<NSThread: 0x60000007e800>{number = 1, name = main}

6、同步函数（立刻马上执行） + 主队列：死锁

    // 1.获得主队列

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    
    // 2、封装任务 > 将任务添加到队列中
    /*
     * 第一个参数：要执行的队列
     * 第二个参数：要执行的任务
     */
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    // 说明：
        主队列的特点：如果主队列发现当前主线程正在执行任务，会等到主线程执行完当前任务后，再调度主队列中的任务，如果在子线程中使用以下方法就可以避免死锁
        同步函数：立刻马上执行，我不执行完，后面的谁都别想执行
        异步函数：如果我不执行完，后面的也可以执行

各种队列执行总结

	并发队列	手动创建串行队列	主队列
同步	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	没有开启新线程串行执行任务
异步	开启新线程并发执行任务	开启新线程串行执行任务	没有开启新线程串行执行任务

七、GCD线程之间的通信

// 1、获取全局并发队列

 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);

// 2、封装任务 > 将任务添加到队列中

    dispatch_async(queue, ^{
        // 在这里执行子线程中相关耗时的操作
        /*
             例如网络请求或者下载任务
          */
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            
            // 在这里进行和主线程的通信，主要是刷新UI的相关操作，这里用同步函数也是可以的，并不会造成死锁。
            
        });
        
    });

八、GCD常用函数

1、延迟执行

    1）延迟执行的第一种方法
    [self performSelector:@selector(task) withObject:nil afterDelay:2.0];
    
    2）延迟执行的第二种方法
     [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(task) userInfo:nil repeats:YES];

    3）延迟执行的第二种方法 
    /* 主要可以控制延迟执行的操作在哪个队列中执行 dispatch_get_main_queue() 修改此参数即可
     * 第一个参数：DISPATCH_TIME_NOW 从现在开始计算时间
     * 第二个参数：延迟的时间 GCD的时间单位 纳秒
     * 第三个参数：dispatch_get_main_queue 主队列
     */
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        
        NSLog(@"delay----%@",[NSThread currentThread]);
        
    });

2、一次性执行
使用场景：单例模式（在以后的分享中会提到。。。。。。）

    // static 静态全局变量，作用域是整个应用程序的生命周期
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"once-----");
    });
     注意：
             一次性代码不能放在懒加载中 会出问题
             因为此代码只执行一次，在第一次创建的时候会把对象返回，但是在第二次创建对象的时候，不会再执行一次性代码，所以对象返回值为空。

3、GCD的栅栏函数
控制并发队列中异步执行任务的执行顺序。

    // 获得全局并发队列
    // 栅栏函数不能使用全局并发队列
    //    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); 
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("en", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    // 异步函数
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1--------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2--------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    // 栅栏函数 先执行1、2，关于1、2的先后是不能确定的，再执行3。
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"+++++++++++++++++++");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"3--------%@",[NSThread currentThread]);
    });
      // 打印结果：
        1--------<NSThread: 0x6000000754c0>{number = 3, name = (null)}
        2--------<NSThread: 0x60000006a340>{number = 4, name = (null)}
        +++++++++++++++++++
        3--------<NSThread: 0x60000006a340>{number = 4, name = (null)}

4、GCD快速迭代
迭代其实就是遍历，说白了就是一个循环。

    // 1）快速迭代的第一种方法
        for循环，但是for循环是同步执行的。

    // 2）快速迭代的第二种方法
    /* 主线程和子线程一起完成任务 任务的执行是并发的
     * 第一个参数：迭代的次数
     * 第二个参数：并发队列 只能传并发队列，如果传主队列，死锁，如果传手动创建的串行队列跟for循环效果一样
     * 第三个参数：索引
     */
    dispatch_apply(10, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index) {
        
        NSLog(@"%@-----%zu",[NSThread currentThread],index);
        
    });

5、GCD定时器

    /** 定时器 */
    @property (nonatomic, strong) dispatch_source_t timer;
    // 创建timer
    /* GCD中的定时器是绝对精准的，不会受到RunLoop的影响！
     * 第一个参数：类型 DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER
     * 第二个参数：描述信息
     * 第三个参数：更详细的描述信息
     * 第四个参数：队列 决定GCD的timer在那个线程中执行
     */
    // 以局部变量的形式进行定义，timer不会执行的，因为在执行之前已经被释放了
    self.timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_global_queue(0, 0));
    /*
     * 第一个参数：定时器对象
     * 第二个参数：DISPATCH_TIME_NOW 起始时间
     * 第三个参数：间隔时间
     * 第四个参数：精准度 允许误差，此处传0即可
     */
    dispatch_source_set_timer(self.timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2.0 * NSEC_PER_SEC, 0.0 * NSEC_PER_SEC);
    //  设置定时器的任务
    dispatch_source_set_event_handler(self.timer, ^{
        
        NSLog(@"执行任务");
        
    });
    // 开启定时器
    dispatch_resume(self.timer);

九、GCD队列组的使用

跟栅栏函数相类似，也是用来控制并发队列中异步执行任务的执行顺序的。

    // 1、获得全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    // 2、创建队列组
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    // 3、异步函数
    /* 这个函数做了什么？
      1、封装任务 
      2、将任务添加到队列中
      3、会监听任务执行情况，通知group
    */
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    // 4、拦截通知，当所有的队列组中的任务执行完毕以后会执行这个方法
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"end--------end");
    });
    // 打印结果：
        2---------<NSThread: 0x60800007a8c0>{number = 7, name = (null)}
        1---------<NSThread: 0x60800007a800>{number = 6, name = (null)}
        3---------<NSThread: 0x608000078980>{number = 8, name = (null)}
        end--------end

另外一种GCD队列组的实现方式（以前使用的）

    // 获得全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    // 创建队列组
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    // 此方法之后执行的执行的异步任务会被纳入到队列组的监听范围内
    // 配对使用
    dispatch_group_enter(group);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
       NSLog(@"1---------%@",[NSThread currentThread]);
        
        // 离开群组
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"2---------%@",[NSThread currentThread]);
        
        // 离开群组
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"3---------%@",[NSThread currentThread]);
        
        // 离开群组
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    // 当所有的队列组中的任务执行完毕以后会执行这个方法
    // 内部本身是异步的，不会阻塞
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"end--------end");
    });

    // 其他的监听方法 DISPATCH_TIME_FOREVER 死等 等到所有任务都执行完毕才执行这个方法
    // 这里是阻塞的，如果下面方法没有执行，以后的方法不会执行的。
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);

十、GCD异步函数的补充

GCD异步函数有两种实现方式，具体的异同比较如下：

 1、block 实现
 // dispatch_async(<dispatch_queue_t  _Nonnull queue>, <^(void)block>)
 2、方法调用的方式实现
    /*
     * 第一个参数：队列
     * 第二个参数：参数
     * 第三个参数：要调用的函数名称
     */
    dispatch_async_f(dispatch_get_global_queue(0, 0), nil ,task);
    dispatch_async_f(dispatch_get_global_queue(0, 0), nil ,task);
    dispatch_async_f(dispatch_get_global_queue(0, 0), nil ,task);
//  调用函数的实现
void task(void *params){
    NSLog(@"%s--------%@",__func__,[NSThread currentThread]);
}

	并发队列	手动创建串行队列	主队列
同步	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	没有开启新线程串行执行任务
异步	开启新线程并发执行任务	开启新线程串行执行任务	没有开启新线程串行执行任务