iOS开发—使用GCD实现多线程

GCD是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案，工作时会自动利用更多的处理器核心。使用GCD，系统会完全管理线程，开发者无需编写线程代码。

GCD是Grand Central Dispatch 的缩写，它是基于C语言的。GCD会负责创建线程和调度学要执行的任务，由系统直接提供线程管理。GCD有两个核心概念：队列和任务。

1、队列

Dispatch Queue（队列），它是一个用来存放任务的集合，负责管理开发者提交的任务。队列的核心理念就是将长期运行的任务拆分成多个工作单元，并将这些单元添加到队列中，系统会代为管理这些队列，并放到多个线程上执行，无需开发者直接启动和管理后台线程。

系统提供了许多预定义的队列，包括可以保证始终在主线程上写执行工作的Dispatch Queue，也可以创建自定义的Dispatch Queue，而且可以创建任意多个。队列会维护和使用一个线程池来处理用户提交的任务，线程池的作用就是执行队列管理的任务。GCD的Dispatch Queue严格遵循FIFO（先进先出）原则，添加到Dispatch Queue的工作单元将始终按照加入Dispatch Queue的顺序启动。

需要注意的是：由于每个任务的执行时间各不相同，先处理的任务不一定先结束。

根据任务执行方式不同，队列主要分两种：

（1）Serial Dispatch Queue（串行队列）

串行队列底层的线程池只有一个线程，一次只能执行一个任务，前一个任务执行完成之后，才能够执行下一个任务。

（2）Concurrent Dispatch Queue（并发队列）

并行队列底层的线程池提供了多个线程，可以按照FIFO的顺序并发启动、执行多个任务，这样可以使应用程序的响应性能显著提高。

2、任务

任务就是用户提交给队列的工作单元，也就是代码块，这些任务会交给维护队列的线程池执行，因此这些任务会以多线程的方式执行。

综上，如果要使用GCD实现多线程，仅仅需要两个步骤：

（1）创建队列；

（2）将任务的代码块提交给队列。

创建队列

创建队列需要获取一个dispatch_queue_t类型的对象，iOS提供了多个创建或者访问队列的函数，大体分为3种情况：

1、获取全局并发队列（Global Concurrent Dispatch Queue）

全局并发队列可以同时并行的执行多个任务，但并发队列仍然按照先进先出的顺序来启动任务。并发队列会在前一个任务完成之前就启动下一个任务并开始执行，它同时执行的任务数量会根据应用和系统的动态变化，主要影响因素包括可用核数量、其他进程正在执行的工作数量、其他串行队列中优先任务的数量等。

系统会给每个应用提供多个并发的队列，整个应用内全局共享。开发者不需要显式地创建这些队列，只需要使用dispatch_get_global_queue()函数来获取这些队列，函数定义如下：

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long identifier,unsigned long flags);

该函数有两个参数，第2个参数是供以后使用的，传入0即可。第1个参数用于指定队列的优先级，包含4个宏定义的常量，定义格式如下：

#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

由下至上，这些值表示的优先级依次降低，分别表示高、中、低、后台，默认为种。以DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT举例，获取系统默认的全局并发队列可以通过如下代码完成：

dispatch_queue_t queue=dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

2、创建串行和并行队列（Serial and Concurrent Dispatch Queue）

应用程序的任务如果要按照特定的顺序执行，需要使用串行队列，并且每次只能执行一项任务。尽管应用能够创任意数量的队列，但不要为了同时执行更多的任务二创建更多的队列。如果需要并发地执行大量的任务，应该把任务提交到全局并发队列。

开发者必须显式地创建和管理所有使用的串行队列，使用dispatch_queue_create()函数根据指定的字符串创建串行队列，函数定义如下所示：

dispatch_queue_t
dispatch_queue_create(const char *label,dispatch_queue_attr_t attr);

上述代码中，该函数有两个参数，第1个参数是用来表示队列的字符串，可以选择设置，也可以为NULL；第2个参数用于控制创建的是串行队列还是并发队列，若将参数设置为“DISPATCH_QUEUE_SERIAL”，则表示串行队列；若设置为"DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT"，则表示并发队列；若设置为NULL，则默认为串行队列。例如，label参数的值为“itcast.queue”，attr参数的值为NULL，创建串行队列可以通过如下代码完成：

dispatch_queue_t queue=dispatch_queue_create("itcast.queue", NULL);

要注意的是，实际应用中，如果要使用并发队列，一般获取全局并发队列即可。

3、获取主队列（Main Queue）

主队列是GCD自带的一个特殊的串行队列，只要是提交给主队列的任务，就会放到主线程中执行。使用dispatch_get_main_queue()
函数可以获取主队列，函数定义如下：

dispatch_queue_t dispatch_get_main_queue(void);

上述代码中，函数只有一个返回值，而没有参数，获取主线程关联的队列可以通过如下代码完成：

dispatch_queue_t queue=dispatch_get_main_queue();

提交任务

队列创建完成后，需要将任务代码块提交给队列。若要向队列提交任务，可通过同步和异步两种方式实现。

1、以同步的方式执行任务

同步执行任务：只会在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。少数情况下，开发者可能希望同步地调用任务，避免竞争条件或者其他同步错误。通过dispatch_sync()和dispatch_sync_f()函数能够同步地添加任务到队列，这两个函数会阻塞当前调用线程，直到相应的任务完成执行，这两个函数的定义格式如下：

void dispatch_sync(dispatch_queue_t queue,^(void)block);
void dispatch_sync_f(dispatch_queue_t queue,void *context,dispatch_function_t work);

在上述定义格式中，这两个函数都没有返回值，而且第2个函数多一个参数，针对它们的介绍如下：

（1）dispatch_sync()函数：将代码块以同步的方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该代码块。其中，第1个参数表示任务将添加到的目标队列，第2个参数就是将要执行的代码块，也就是要执行的任务。

（2）dispatch_sync_f()函数：将函数以同步的方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该函数。其中，第1个参数与前面相同，第2个参数是向函数传入应用程序定义的上下文，第3个参数是要传入的其他需要执行的函数。

用一个简单的案例，展示如何使用同步方式向串行队列和并发队列提交任务，具体步骤如下：

（1）新建一个Single View Application应用，名称为04-Dispatch Syn;

（2）进入Main.StoryBoard，从对象库拖拽两个Button到程序界面，用于控制串行或者并行地执行同步任务，设置两个Button的Title分别为“串行同步任务”和“并行同步任务”。界面如下：

（3）采用拖拽的方式，为“串行同步任务”按钮和“并行同步任务”按钮添加两个单击响应事件，分别命名为synSerial:和SynConcurrent：。进入ViewController.m实现这两个响应按钮单击的方法，代码如下：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
- (IBAction)synSerial:(id)sender;
- (IBAction)synConcurrent:(id)sender;

@end

@implementation ViewController
dispatch_queue_t serialQueue;
dispatch_queue_t globalQueue;


- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //创建串行队列
    serialQueue=dispatch_queue_create("cn.itcast", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    //获取全局并发队列
    globalQueue=dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
}


- (void)didReceiveMemoryWarning {
    [super didReceiveMemoryWarning];
    // Dispose of any resources that can be recreated.
}
dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long identifier,unsigned long flags);
//单击“串行同步任务”后执行的行为
- (IBAction)synSerial:(id)sender {
    dispatch_sync(serialQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task1---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
    dispatch_sync(serialQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task2---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
}
//单击“并行同步任务”后执行的行为
- (IBAction)synConcurrent:(id)sender {
    dispatch_sync(globalQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task1---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
    dispatch_sync(globalQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task2---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
}
@end

程序运行成功后，单击“串行同步任务”按钮，运行结果如下：

从图中可以看出，任务都是在主线程中执行的，而且必须执行完上一个任务后，才会开始执行下一个任务。

单击“并行同步任务”按钮，运行结果如下：

从图中可以看出，任务依然只在主线程中执行，而且是一个一个按顺序执行，这说明采用同步的方式不会开启新的线程。

2、以异步的方式执行任务

异步执行任务：会在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。当开发者添加一些任务到队列中时，无法确定这些代码什么时候能够执行。通过异步地添加代码块或函数，可以让线程池立即执行这些代码，然后还可以调用线程继续去做其他事情。开发者应该尽可能地使用dispatch_async()或dispatch_async_f()函数异步地调度任务，这两个函数如下：

void dispatch_async(dispatch_queue_t queue,^(void)block);
void dispatch_async_f(dispatch_queue_t queue,void *context,dispatch_function_t,work);

从上述代码看出，这两个函数都没有返回值，具体传入的参数和同步函数的参数一样，对它们的介绍如下：

（1）dispatch_async()函数:将代码块以异步的方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该代码块。
（2）dispatch_async_f()函数：将函数以异步的方式提交给指定队列，该队列底层的线程池将负责执行该函数。

需要注意的是，应用程序的主线程一定要异步地调度任务，这样才能及时地响应用户事件。

通过一个简单的案例，展示如何使用异步的方式向串行队列和并发队列提交任务，具体步骤：

（1）新建一个Single View Application应用，名称为05-Dispatch Asyn;

（2）进入Main.StoryBoard，从对象库拖拽两个Button到程序界面，用于控制串行或者并行地执行异步任务，设置两个Button的Title分别为“串行异步任务”和“并行异步任务”。界面如下：

3）采用拖拽的方式，为“串行异步任务”按钮和“并行异步任务”按钮添加两个单击响应事件，分别命名为asynSerial:和asynConcurrent：。进入ViewController.m实现这两个响应按钮单击的方法，代码如下：

#import "ViewController.h"
@interface ViewController ()
- (IBAction)asynSerial:(id)sender;
- (IBAction)asynConcurrent:(id)sender;

@end

@implementation ViewController
dispatch_queue_t serialQueue;
dispatch_queue_t concurrentQueue;

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //创建串行队列
    serialQueue = dispatch_queue_create("cn.itcast", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    //创建并发队列
    concurrentQueue = dispatch_queue_create("cn.itcast", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
}
//单击“串行异步任务”按钮后执行的行为
- (IBAction)asynSerial:(id)sender {
    dispatch_async(serialQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task1---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
    dispatch_async(serialQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task2---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
    
}
//单击“并行异步任务”按钮后执行的行为
- (IBAction)asynConcurrent:(id)sender {
    dispatch_async(concurrentQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task1---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
    dispatch_async(concurrentQueue,^{
        for(int i=0;i<100;i++){
            NSLog(@"%@---task2---%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
}

- (void)didReceiveMemoryWarning {
    [super didReceiveMemoryWarning];
    // Dispose of any resources that can be recreated.
}


@end

程序运行成功后，单击“串行异步任务”按钮，运行结果如下：

从图中可以看出，线程的number值为2，说明创建了一个子线程。两个任务均是在该线程上被执行的，而且执行完成第1个任务之后才开始执行第2个任务。

单击“并行异步任务”按钮，运行结果如下图：

从图中可以看出，这两个任务开启了两个不同的线程，而且任务完成的先后顺序是无法控制的，这表明两个线程是并发执行的，同时也证明了异步任务会开启新的线程。