IOS使用GCD(多核编程)

程序员文章站 2022-06-05 08:42:46

什么是gcd grand central dispatch (gcd)是apple开发的一个多核的解决方法。该方法在mac os x 10.6雪豹中首次推出，并随后被引入到了io...

什么是gcd
grand central dispatch (gcd)是apple开发的一个多核的解决方法。该方法在mac os x 10.6雪豹中首次推出，并随后被引入到了ios4.0中。gcd是一个替代诸如nsthread, nsoperationqueue, nsinvocationoperation等技术的很高效和强大的技术，它看起来象就其它语言的闭包(closure)一样，但苹果把它叫做blocks。

应用举例
让我们来看一个编程场景。我们要在iphone上做一个下载网页的功能，该功能非常简单，就是在iphone上放置一个按钮，点击该按钮时，显示一个转动的圆圈，表示正在进行下载，下载完成之后，将内容加载到界面上的一个文本控件中。

不用gcd前
虽然功能简单，但是我们必须把下载过程放到后台线程中，否则会阻塞ui线程显示。所以，如果不用gcd, 我们需要写如下3个方法：

someclick 方法是点击按钮后的代码，可以看到我们用nsinvocationoperation建了一个后台线程，并且放到nsoperationqueue中。后台线程执行download方法。
download 方法处理下载网页的逻辑。下载完成后用performselectoronmainthread执行download_completed 方法。
download_completed 进行clear up的工作，并把下载的内容显示到文本控件中。
这3个方法的代码如下。可以看到，虽然开始下载 -> 下载中 -> 下载完成这3个步骤是整个功能的三步。但是它们却被切分成了3块。他们之间因为是3个方法，所以还需要传递数据参数。如果是复杂的应用，数据参数很可能就不象本例子中的nsstring那么简单了，另外，下载可能放到model的类中来做，而界面的控制放到view controller层来做，这使得本来就分开的代码变得更加散落。代码的可读性大大降低。

[cpp]
static nsoperationqueue * queue;
- (ibaction)someclick:(id)sender {
    self.indicator.hidden = no;
    [self.indicator startanimating];
    queue = [[nsoperationqueue alloc] init];
    nsinvocationoperation * op = [[[nsinvocationoperation alloc] initwithtarget:self selector:@selector(download) object:nil] autorelease];
    [queue addoperation:op];
}

- (void)download {
    nsurl * url = [nsurl urlwithstring:@"https://www.youdao.com"];
    nserror * error;
    nsstring * data = [nsstring stringwithcontentsofurl:url encoding:nsutf8stringencoding error:&error];
    if (data != nil) {
        [self performselectoronmainthread:@selector(download_completed:) withobject:data waituntildone:no];
    } else {
        nslog(@"error when download:%@", error);
        [queue release];
    }
}

- (void) download_completed:(nsstring *) data {
    nslog(@"call back");
    [self.indicator stopanimating];
    self.indicator.hidden = yes;
    self.content.text = data;
    [queue release];
}

static nsoperationqueue * queue;
- (ibaction)someclick:(id)sender {
    self.indicator.hidden = no;
    [self.indicator startanimating];
    queue = [[nsoperationqueue alloc] init];
    nsinvocationoperation * op = [[[nsinvocationoperation alloc] initwithtarget:self selector:@selector(download) object:nil] autorelease];
    [queue addoperation:op];
}

- (void)download {
    nsurl * url = [nsurl urlwithstring:@"https://www.youdao.com"];
    nserror * error;
    nsstring * data = [nsstring stringwithcontentsofurl:url encoding:nsutf8stringencoding error:&error];
    if (data != nil) {
        [self performselectoronmainthread:@selector(download_completed:) withobject:data waituntildone:no];
    } else {
        nslog(@"error when download:%@", error);
        [queue release];
    }
}

- (void) download_completed:(nsstring *) data {
    nslog(@"call back");
    [self.indicator stopanimating];
    self.indicator.hidden = yes;
    self.content.text = data;
    [queue release];
}

使用gcd后
如果使用gcd，以上3个方法都可以放到一起，如下所示：

[cpp]
// 原代码块一
self.indicator.hidden = no;
[self.indicator startanimating];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(dispatch_queue_priority_default, 0), ^{
    // 原代码块二
    nsurl * url = [nsurl urlwithstring:@"https://www.youdao.com"];
    nserror * error;
    nsstring * data = [nsstring stringwithcontentsofurl:url encoding:nsutf8stringencoding error:&error];
    if (data != nil) {
        // 原代码块三
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            [self.indicator stopanimating];
            self.indicator.hidden = yes;
            self.content.text = data;
        });
    } else {
        nslog(@"error when download:%@", error);
    }
});

// 原代码块一
self.indicator.hidden = no;
[self.indicator startanimating];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(dispatch_queue_priority_default, 0), ^{
    // 原代码块二
    nsurl * url = [nsurl urlwithstring:@"https://www.youdao.com"];
    nserror * error;
    nsstring * data = [nsstring stringwithcontentsofurl:url encoding:nsutf8stringencoding error:&error];
    if (data != nil) {
        // 原代码块三
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            [self.indicator stopanimating];
            self.indicator.hidden = yes;
            self.content.text = data;
        });
    } else {
        nslog(@"error when download:%@", error);
    }
});

首先我们可以看到，代码变短了。因为少了原来3个方法的定义，也少了相互之间需要传递的变量的封装。

另外，代码变清楚了，虽然是异步的代码，但是它们被gcd合理的整合在一起，逻辑非常清晰。如果应用上mvc模式，我们也可以将view controller层的回调函数用gcd的方式传递给modal层，这相比以前用@selector的方式，代码的逻辑关系会更加清楚。

gcd的定义
简单gcd的定义有点象函数指针，差别是用 ^ 替代了函数指针的 * 号，如下所示：

[cpp]
// 申明变量
(void) (^loggerblock)(void);
// 定义

loggerblock = ^{
     nslog(@"hello world");
};
// 调用
loggerblock();

// 申明变量
(void) (^loggerblock)(void);
// 定义

loggerblock = ^{
nslog(@"hello world");
};
// 调用
loggerblock();

但是大多数时候，我们通常使用内联的方式来定义它，即将它的程序块写在调用的函数里面，例如这样：

[cpp]
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
// something
});

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
// something
});

从上面大家可以看出，block有如下特点：

程序块可以在代码中以内联的方式来定义。
程序块可以访问在创建它的范围内的可用的变量。
提供的dispatch方法
为了方便地使用gcd，苹果提供了一些方法方便我们将block放在主线程或后台线程执行，或者延后执行。使用的例子如下：

[cpp]
// 后台执行：
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      // something
});
// 主线程执行：
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
      // something
});
// 一次性执行：
static dispatch_once_t oncetoken;
dispatch_once(&oncetoken, ^{
     // code to be executed once
});
// 延迟2秒执行：
double delayinseconds = 2.0;
dispatch_time_t poptime = dispatch_time(dispatch_time_now, delayinseconds * nsec_per_sec);
dispatch_after(poptime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
     // code to be executed on the main queue after delay
});

// 后台执行：
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      // something
});
// 主线程执行：
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
      // something
});
// 一次性执行：
static dispatch_once_t oncetoken;
dispatch_once(&oncetoken, ^{
     // code to be executed once
});
// 延迟2秒执行：
double delayinseconds = 2.0;
dispatch_time_t poptime = dispatch_time(dispatch_time_now, delayinseconds * nsec_per_sec);
dispatch_after(poptime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
     // code to be executed on the main queue after delay
});

dispatch_queue_t 也可以自己定义，如要要自定义queue，可以用dispatch_queue_create方法，示例如下：

[cpp]
dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", null);
dispatch_async(urls_queue, ^{
// your code
});
dispatch_release(urls_queue);

dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", null);
dispatch_async(urls_queue, ^{
// your code
});
dispatch_release(urls_queue);

另外，gcd还有一些高级用法，例如让后台2个线程并行执行，然后等2个线程都结束后，再汇总执行结果。这个可以用dispatch_group, dispatch_group_async 和 dispatch_group_notify来实现，示例如下：

[cpp]
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程一
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程二
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 汇总结果
});

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程一
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程二
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 汇总结果
});

修改block之外的变量
默认情况下，在程序块中访问的外部变量是复制过去的，即写操作不对原变量生效。但是你可以加上 __block来让其写操作生效，示例代码如下：

[cpp]
__block int a = 0;
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
}
foo();
// 这里，a的值被修改为1

__block int a = 0;
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
}
foo();
// 这里，a的值被修改为1

后台运行
gcd的另一个用处是可以让程序在后台较长久的运行。在没有使用gcd时，当app被按home键退出后，app仅有最多5秒钟的时候做一些保存或清理资源的工作。但是在使用gcd后，app最多有10分钟的时间在后台长久运行。这个时间可以用来做清理本地缓存，发送统计数据等工作。

让程序在后台长久运行的示例代码如下：

[cpp]
// appdelegate.h文件
@property (assign, nonatomic) uibackgroundtaskidentifier backgroundupdatetask;

// appdelegate.m文件
- (void)applicationdidenterbackground:(uiapplication *)application
{
    [self beingbackgroundupdatetask];
    // 在这里加上你需要长久运行的代码
    [self endbackgroundupdatetask];
}

- (void)beingbackgroundupdatetask
{
    self.backgroundupdatetask = [[uiapplication sharedapplication] beginbackgroundtaskwithexpirationhandler:^{
        [self endbackgroundupdatetask];
    }];
}

- (void)endbackgroundupdatetask
{
    [[uiapplication sharedapplication] endbackgroundtask: self.backgroundupdatetask];
    self.backgroundupdatetask = uibackgroundtaskinvalid;
}

// appdelegate.h文件
@property (assign, nonatomic) uibackgroundtaskidentifier backgroundupdatetask;

// appdelegate.m文件
- (void)applicationdidenterbackground:(uiapplication *)application
{
    [self beingbackgroundupdatetask];
    // 在这里加上你需要长久运行的代码
    [self endbackgroundupdatetask];
}

- (void)beingbackgroundupdatetask
{
    self.backgroundupdatetask = [[uiapplication sharedapplication] beginbackgroundtaskwithexpirationhandler:^{
        [self endbackgroundupdatetask];
    }];
}

- (void)endbackgroundupdatetask
{
[[uiapplication sharedapplication] endbackgroundtask: self.backgroundupdatetask];
self.backgroundupdatetask = uibackgroundtaskinvalid;
}

总结
总体来说，gcd能够极大地方便开发者进行多线程编程。如果你的app不需要支持ios4.0以下的系统，那么就应该尽量使用gcd来处理后台线程和ui线程的交互。

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