iOS GCD

程序员文章站 2022-04-14 07:50:02

...

GCD简介

GCD 是 Apple 开发的一个多核编程的解决方法，简单易用，效率高，速度快。通过 GCD，开发者只需要向队列中添加一段代码块(block或C函数指针)，而不需要直接和线程打交道。GCD在后端管理着一个线程池，它不仅决定着你的代码块将在哪个线程被执行，还根据可用的系统资源对这些线程进行管理。这样通过GCD来管理线程，从而解决线程被创建的问题。

GCD基本概念

任务和队列

名词	说明
线程	程序执行任务的最小调度单元
任务	一段代码：GCD中，block中需要执行的code
队列	存放任务的数组，FIFO（先进先出）的原则

异步、同步，并行和串行

名词	说明
异步(async)	具备开新线程的能力
同步(sync)	不具备开新线程的能力
并行	任务可以并发执行
串行	任务按顺序执行

说明：使用GCD开启多线程执行多个任务时，需具备两个条件：

1、能开启新线程
2、任务可以同时执行

即："异步"+"并行"

GCD几种组合

-	并行队列	串行队列	主队列
异步	开启新线程，任务同时执行(1)	开启新线程，任务顺序执行(2)	不开新线程，任务顺序执行(5)
同步	不开启新线程，任务顺序执行(3)	不开启新线程，任务顺序执行(4)	主线程中：死锁，子线程中：不开启新线程，任务顺序执行(6)

详细说明：
（1）异步使得队列开启了新的线程，并行队列让任务可以同时执行（常用）
（2）虽然开启了新线程，但是队列调度方式是串行的，因此任务只能顺序执行
（3）同步意味着不能开启新线程，虽然是并行队列，但线程只有一个，因此任务只能顺序执行
（4）不能开新线程，任务队列是串行，任务顺序执行

总结：正如上面说到，使用GCD完成多线程多任务时，需要具备两个能力：开启新线程的能力，任务可以同时执行的能力，即”异步”+”并行”。两者缺一不可，缺少任何一个，队列里的任务都是顺序执行。

接下来说明一下主队列：主队列其实是一个串行队列

（5）主队列里的任务都是在主线程中完成的，即使使用异步（async），也不会开启新线程，并且主队列是一个串行队列，任务顺序执行。
（6）在主线程中出现死锁，是因为任务被加到主队列中，想要被执行block中的代码必须等到主线程上的任务都执行完毕，但是，因为是同步任务，想要主线程上的任务执行完毕，势必需要执行任务中的block中的代码，因此两者相互等待，出现死锁；但是如果在子线程中添加同步任务，并不会阻塞主线程上的任务执行完毕，因此结果会和”同步”+”串行”一致。

GCD的基本使用

GCD使用步骤分两步：

1、获取一个队列
2、将任务添加到队列中

系统会自动调度任务，通常是FIFO（先来先服务）

1、获取队列

// DISPATCH_QUEUE_SERIAL 串行
// DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 并行
dispatch_queue_create("队列标识符",队列类型);

我们可以使用dispatch_queue_create来创建队列，队列类型有两种：DISPATCH_QUEUE_SERIAL串行队列，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT并行队列

GCD为我们提供了两种快捷获取队列的方式，一个是主列队（串行队列），一种是全局队列（并行队列）

1.1、获取主队列

dispatch_get_main_queue();

主队列中任务都会放到主线程中执行，并且是顺序执行

1.2、获取全局并发队列

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

第一个参数是队列的优先级，一般选择默认即可;
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 高
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 默认
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW 低
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND 后台

2、创建任务的方法

GCD为我们提供了创建同步和异步的方法，分别是dispatch_sync和dispatch_async，其中第一个参数是队列，第二个是需要执行的block块，我们的任务就放在这里

// 创建同步任务
dispatch_sync(queue, ^{
    // 同步任务
});
// 创建异步任务
dispatch_async(queue, ^{
    // 异步任务
});

GCD线程通信

在开发过程中，我们通常将一些耗时的操作放在子线程，如数据请求，文件下载等，当这些任务完成后，我们需要即使的更新到UI上，这时我们就需要回到主线程

//获取【并行】队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// 创建【异步】任务
dispatch_async(queue, ^{
    // do something ...
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    // 回到主线程
    dispatch_queue_t main = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(main, ^{
        // 更新UI
    });
});

整个过程如上述代码所示，我们获取并行队列，创建异步任务，但完成耗时操作后，再获取到主线程，将更新UI的任务添加到主线程上去。

即

dispatch_queue_t main = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(main, ^{
    // 更新UI
});

验证组合

（1）【异步】+【并行】

NSLog(@"current thread:%@",[NSThread currentThread]);
// 创建【并行】队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 开启多个【异步】任务
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"3:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
NSLog(@"end");

iOS GCD

我们发现，”end”在线程输出之前，说明当前线程并未等待，而是开启了新的线程执行任务（3、4、5号线程）；任务1、2、3交替完成，说明并发队列在同时执行多个任务

（2）【异步】+【串行】

我们将【并行】队列该为【串行】队列

NSLog(@"current thread:%@",[NSThread currentThread]);
// 创建【串行】队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 开启多个【异步】任务
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"3:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
NSLog(@"end");

iOS GCD

我们发现，虽然开启了新的线程，但是队列是一个串行队列，因此任务是顺序执行的：1->2->3，另外，我们注意到，串行队列下，dispatch_async只会开启一个线程

（3）【同步】+【并行】

我们再稍稍改动代码，从而产生并行队列，同步任务

NSLog(@"current thread:%@",[NSThread currentThread]);
// 创建【并行】队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 开启多个【同步】任务
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"3:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
NSLog(@"end");

iOS GCD

我们可以看到，虽然是并行队列，但是dispatch_sync同步的条件使得任务并没有开启新的线程，而是在当前线程（例子中是主线程）执行，并且按照顺序执行，另外，我们可以看到，”end”是在最后才输出，这就是同步的原因

（4）【同步】+【串行】

NSLog(@"current thread:%@",[NSThread currentThread]);
// 获取【串行】队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 开启多个【同步】任务
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"3:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
NSLog(@"end");

iOS GCD

我们发现，同步+串行和同步+并行的结果是一致的。

最后，我们来看下，比较特殊的串行队列的主队列

（5）【异步】+【主队列】

NSLog(@"current thread:%@",[NSThread currentThread]);
// 获取主队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
// 开启多个【异步】任务
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_async(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"3:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
NSLog(@"end");

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我们发现，结果似乎和【异步】+【串行】一样，其实主队列就是一种串行队列，不同的是，主队列并不会开启新的线程，所有的任务都会放在主线程中完成，并且服从FIFO先来先服务的原则

（6）【同步】+【主队列】

NSLog(@"current thread:%@",[NSThread currentThread]);
// 获取主队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
// 开启多个【同步】任务
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
dispatch_sync(queue, ^{
    for (int i=0; i<2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"3:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
NSLog(@"end");

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呃呃。。。我们发现，在主线程中，【同步】+【主队列】的方式发生了死锁，这个是因为dispatch_sync将任务添加到主队列中，任务block部分需要等待主线程上的任务执行完毕之后才会执行，但是由于dispatch_sync会阻塞当前线程，直到之前的任务都完成才会继续执行，这导致主线程的任务永不能完成，任务block里的代码也用不能被执行，从而产生了死锁

既然dispatch_sync会阻塞当前线程，那我们将其放在子线程中会怎么样呢？

我们开启一个子线程测试

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(mainThreadVSSync) toTarget:self withObject:nil];

在子线程任务中，重新执行【同步】+【主队列】任务

-(void)mainThreadVSSync{
    NSLog(@"current thread:%@",[NSThread currentThread]);
    // 获取主队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    // 开启多个【同步】任务
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i=0; i<2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
            NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i=0; i<2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
            NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i=0; i<2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
            NSLog(@"3:%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    NSLog(@"end");
}

iOS GCD

我们发现，程序可以继续执行。我们使用【同步】+【主队列】时，线程不在是主线程，而是3号线程，这样dispatch_sync开启同步任务时，并不会影响到主线程，同步任务可以继续执行，只不过都是在主线程中，而且是顺序执行

总结

1、GCD方式实现多线程多任务必须是【异步】+【并行队列】，缺一不可，其他方式的任务都是顺序执行的，无论异步还是同步

2、主队列是一种串行队列，切忌在主线程中使用【同步】+【主队列】的方式开启任务，会出现死锁

GCD其他

1、队列组：dispatch_group和dispatch_group_notify

有时，我们需要开启多个异步任务，并且所有任务都结束之后，再回到主线程执行任务，那么该如何做呢？这里我们就需要dispatch_group了

步骤：创建group->关联任务、队列、group->接受group通知

a、我们通过dispatch_group_create()创建一个队列组

b、使用dispatch_group_async方法，将任务放在队列中，队列则关联到group

c、接收完成通知dispatch_group_notify

// 创建一个队列组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
// 获取一个【并行】队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// 使用队列组发起一个耗时任务
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
// 另外一个耗时任务
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
    }
});
// 完成通知，在主队列中完成UI更新
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"更新UI操作");
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
});

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我们可以看到，只有当多线程中多任务完成后，dispatch_group_notify中更新UI的操作才会被执行

2、dispatch_group_wait

当方法会阻塞当前线程，等待指定当group中当任务执行完成后，才会继续执行

1中的例子，也可以使用该方法达到同样的效果

// 创建一个队列组
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    // 获取一个【并行】队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    // 使用队列组发起一个耗时任务
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
            NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    // 另外一个耗时任务
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
            NSLog(@"2:%@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    // 阻塞当前线程
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    NSLog(@"更新UI操作");
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);

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但是，需要注意的是，dispatch_group_wait是会阻塞当前线程的，而dispatch_group则不会

3、延迟执行：dispatch_after

我们可以使用GCD快速的创建一个延迟执行的任务。当然，由于是添加到主队列的中的，因此这个延迟的时间是不准确的，这里还包括了队列前的任务时长

NSLog(@"执行前：%@",[NSThread currentThread]);
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"执行时：%@",[NSThread currentThread]);
});

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我们发现，时差为2.2的左右，是大于我们所设的2.0秒的

4、一次性代码：dispatch_once

GCD可以创建一次性代码，在制作单例时，我们常常使用到它dispatch_once，该函数可以保证某段代码在程序中只执行1次，并且在多线程的环境下，也可以保证线程安全

-(void)onceTask{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        // 一次性任务
    });
}

5、快速迭代方法：dispatch_apply

通常我们会使用for循环遍历数组，GCD中的dispatch_apply提供了类似的方法，不同的是，dispatch_apply不仅可以是顺序的遍历，还可以是并发的遍历，主要看队列是串行的还是并行的

NSLog(@"apply---begin");
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
    NSLog(@"%zd---%@",index, [NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"apply---end");

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我们发现遍历并不是顺序执行的，如果使用的谁串行队列，和使用for循环遍历是一样的效果

6、信号量：dispatch_semaphore

信号量类似生活当中的信号灯，红灯停，绿灯行。GCD中的信号量Dispatch Semaphore是持有计数的信号，计数为0时等待，不可通行，计数为1或者大于1时，计数减1且允许通过。

dispatch_semaphore有三个函数，分别用来创建信号量，增加计数量

dispatch_semaphore_create：创建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，当信号总量为0时就会一直等待（阻塞所在线程），否则就可以正常执行

使用信号量时，需要清除的分清等待和执行的线程

应用：

1、保持线程同步，将异步执行的任务转为同步执行任务
2、保证线程安全，为线程加锁

应用一：异步转同步

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
dispatch_async(queue, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"semaphore end");

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我们在当前线程中开启了一个异步并行队列任务，由于我们使用了信号量semaphore（其初始值为0，不可通行），当我们使用dispatch_semaphore_wait，会阻塞当前线程，直到信号量不为0时，才会执行NSLog(@"semaphore end")的输出，上述例子中，并没有给信号量计数器加1，因此不会执行后面输出任务

我们为其添加加一

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
dispatch_async(queue, ^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"1:%@",[NSThread currentThread]);
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"semaphore end");

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此时我们发现，程序正常输出。另外，我们这里通过通过信号量实现线程的同步操作（输出在异步任务之后），原本的异步线程在这里并没有什么效果，和同步任务没有任何区别

应用二：线程安全

结合GCD的信号量的特性，我们还可以使用其达到线程安全的目的，即在多线程下，保证事务的原子性

假设我分别开启两个线程去做加一操作，在不保证线程安全的情况下，势必会出现线程争抢资源，导致意想不到的错误产生

首先我们来看下非线程安全

dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("one", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("two", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(queue1, ^{
    [self addCount];
});
dispatch_async(queue2, ^{
    [self addCount];
});

-(void)addCount{
    while (1) {
        if (count>=100) {
            break;
        }else{
            count++;
            NSLog(@"%ld-%@",count,[NSThread currentThread]);
        }
    }
}

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我们发现，在此次过程中，线程3和4发生了资源争抢的问题，导致在加1的过程中发生了错误，两个线程累加的次数总和超过了100次

接下来，我们使用信号量来保证事务的原子性

// 创建信号量
semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
// 在事务的开始和结束时操作信号量
-(void)addCount{
    while (1) {
        // 信号量减一，进入等待状态
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        if (count>=100) {
            // 信号量加一，进入可通行状态
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
            break;
        }else{
            count++;
            NSLog(@"%ld-%@",count,[NSThread currentThread]);
        }
        // 信号量加一，进入可通行状态
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    }
}

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我们发现，线程3和4交替操作累加，数字累计达到100时，操作总和为100，因此我们可以认定，信号量起到了很好的效果，保证了事务的原子性

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GCD简介

GCD基本概念

GCD几种组合

GCD的基本使用

GCD线程通信

验证组合

GCD其他

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