2014

什么是GCD

Grand Central Dispatch （GCD）是异步执行任务的技术之一。一般将应用程序中记述的线程管理用的代码在系统级中实现。由于线程管理是作为系统的一部分来实现的，因此可统一管理，也可执行任务，这样就比以前的线程更有效率。

也就是说，GCD用我们难以置信的非常简洁的记述方法，实现了极为复杂的多线程编程。

    dispatch_async(queue, ^{
        // 长时间处理
        // 例如数据库访问
        // 例如图像识别
        
        // 长时间处理结束，主线程使用该处理结果
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            // 只在主线程可以执行的处理
            // 例如界面更新
        })
    })

多线程编程

虽然CPU的相关技术有很多，但基本上1个CPU内核一次能够执行的CPU命令始终为1。那么怎样才能在多条路径中执行CPU命令列呢？

OX X 和 ios 的核心 XNU 内核在发生操作系统事件时（如每隔一定时间，唤起系统调用等情况）会切换路径。执行中路径的状态，例如CPU的寄存器等信息保存到各自路径专用的内存块中，从切换目标路径专用的内存块中，复原CPU寄存器等信息，继续执行切换路径CPU命令列，这被称为“上下文切换”。

由于使用多线程的程序可以在某个线程和其他线程之间反复多次进行上下文切换，因此看上去就好像1个CPU内核能够并列地执行多个线程一样。

但是，多线程编程实际上是一种易发生各种问题的编程技术。比如多个线程更新相同的资源会导致数据的不一致，停止等待时间的线程会导致多个线程互相持续等待，使用太多线程会消耗大量内存等。

应用程序在启动时，通过最先执行的线程，即主进程来描绘用户界面，处理触摸屏幕的事件等。如果在该主线程中进行长时间的处理，会妨碍主进程的执行。这就是长时间的处理不在主线程中执行而在其他线程中执行的原因。

GCD 的 API

苹果官方对 GCD 的说明。

开发者要做的只是定义执行的任务并追加到适当地 Dispatch Queue 中。

    dispatch_async(queue, ^{
       // 想执行的任务
    });

Dispatch Queue 是什么呢？如其名称所示，是执行处理的等待队列。应用程序编程人员通过 dispatch_async 函数等 API， 在 Block 语法中记述想执行的处理并将其追加到 Dispatch Queue 中。按照追加的顺序，先进先出执行处理。

另外在执行处理时存在两种 Dispatch Queue，一种是等待现在执行中处理的 Serial Dispatch Queue，另一种是不等待现在执行中处理的Concurrent Dispatch Queue。

那么如何才能得到这些 Dispatch Queue 呢？方法有两种。

dispatch_queue_create

第一种方法是通过 GCD 的 API 生成 Dispatch Queue。

dispatch_queue_t mySerialDispatchQueue = dispatch_queue_create("com.example.gcd.mySerialDispatchQueue", NULL);

如前所诉，Concurrent Dispatch Queue 并行执行多个追加处理，而 Serial Dispatch Queue 同时只能执行1个追加处理。 虽然 Serial Dispatch Queue 和 Concurrent Dispatch Queue 受到系统资源的限制，但用 dispatch_queue_create 函数可生成任意多个 Dispatch Queue。

当生成多个 Serial Dispatch Queue 时，各个 Serial Dispatch Queue 将并行执行。虽然在1个 Serial Dispatch Queue 中同时只能执行一个追加处理，但如果将处理分别追加到4个 Serial Dispatch Queue 中，各个 Serial Dispatch Queue 执行1个，即为同时执行4个处理。

一旦生成 Serial Dispatch Queue 并追加处理，系统对于一个 Serial Dispatch Queue 就只生成并使用一个线程。如果生成 2000 个 Serial Dispatch Queue，那么就生成 2000 个线程。

像之前列举的多线程编程问题一样，如果过多使用多线程，就会消耗大量内存，引起大量的上下文切换，大幅度降低系统的响应性能。

下面我们回来继续讲 dispatch_queue_create 函数。该函数的第一个参数指定 Serial Dispatch Queue 的名称。如果嫌麻烦设为 NULL 也可以，但你在调试中一定会后悔没有为 Serial Dispatch Queue 署名。

生成 Serial Dispatch Queue 时，像该源代码这样，将第二个参数指定为NULL。生成 Concurrent Dispatch Queue 时，指定为 DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT

dispatch_queue_t myConcurrentDispatchQueue = dispatch_queue_create("com.example.gcd.MyConcurrentDispatchQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_queue_t myConcurrentDispatchQueue = dispatch_queue_create("com.example.gcd.MyConcurrentDispatchQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(myConcurrentDispatchQueue, ^{
        NSLog(@"block on myConcurrentDispatchQueue");
    });

另外，如果你部署的程序跑在 ios6 以上，那么 ARC 会自动管理，否则需要添加

dispatch_release(myConcurrentDispatchQueue);

Main Dispatch Queue/Global Dispatch Queue

第二种方法是获取系统标准提供的 Dispatch Queue。

实际上不用特意生成 Dispatch Queue 系统也会给我们提供几个。那就是 Main Dispatch Queue 和Global Dispatch Queue。

Main Dispatch Queue 正如其名称中含有的 Main 一样，是在主线程中执行的 Dispatch Queue。因为主线程只有1个，所以 Main Dispatch Queue 自然就是 Serial Dispatch Queue。

追加到 Main Dispatch Queue 的处理在主线程的 RunLoop 中执行，由于在主线程中执行，因此要将用户界面的界面更新等一些必须在主线程中执行的处理追加到 Main Dispatch Queue 中使用。

另一个 Global Dispatch Queue 是所有应用程序都能够使用的 Concurrent Dispatch Queue。没有必要通过 dispatch_queue_create 函数逐个生成 Concurrent Dispatch Queue。只要获取 Global Dispatch Queue 使用即可。

另外，Global Dispatch Queue 有4个执行优先级，分别是高优先级，默认优先级，低优先级和后台优先级。

但是通过 XNU 内核用于 Global Dispatch Queue 的线程并不能保证实时性，因此执行优先级只是大致的判断。例如在处理内容的执行可有可无时，使用后台优先级的 Global Dispatch Queue 等，只能进行这种程度的区分。

    // Main Dispatch Queue 的获取方法
    dispatch_queue_t mainDispatchQueue=dispatch_get_main_queue();
    
    // Global Dispatch Queue (高优先级)的获取方法
    dispatch_queue_t globalDispatchQueueHigh= dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);
    
    // Global Dispatch Queue (默认优先级)的获取方法
    dispatch_queue_t globalDispatchQueueDefault= dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    // Global Dispatch Queue (低优先级)的获取方法
    dispatch_queue_t globalDispatchQueueLow= dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);
    
    // Global Dispatch Queue (后台优先级)的获取方法
    dispatch_queue_t globalDispatchQueueBackground= dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);

    // 在默认优先级的 Global Dispatch Queue 中执行 Block
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
       // 并行执行的处理
        
       // 在 Main Dispatch Queue 中执行 Block
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
           // 只能在主线程中执行的处理
        });
    });

dispatch_set_target_queue

dispatch_set_target_queue 函数生成的 Dispatch Queue 不管是 Serial Dispatch Queue 还是 Concurrent Dispatch Queue，都使用与默认优先级 Global Dispatch Queue 相同执行优先级的线程。而变更生成的Dispatch Queue 的执行优先级要使用 dispatch_set_target_queue 函数。在后台执行动作处理的 Serial Dispatch Queue 的生成方法如下。

    dispatch_queue_t mySerialDispatchQueue = dispatch_queue_create("com.example.gcd.mySerialDispatchQueue", NULL);
    dispatch_queue_t globalDispatchQueueBackground= dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);
    dispatch_set_target_queue(mySerialDispatchQueue, globalDispatchQueueBackground);

将 Dispatch Queue 指定为 dispatch_set_target_queue 函数的参数，不仅可以变更 Dispatch Queue 的执行优先级，还可以作成 Dispatch Queue 的执行阶层。如果在多个 Serial Dispatch Queue 中用 dispatch_set_target_queue 函数指定目标为某一个 Serial Dispatch Queue，那么原先本应并行执行的多个 Serial Dispatch Queue，在目标 Serial Dispatch Queue 上只能同时执行一个处理。

在必须将不可并行执行的处理追加到多个 Serial Dispatch Queue 中时，如果使用 dispatch_set_target_queue 函数将目标指定为某一个 Serial Dispatch Queue，即可防止处理并行执行。

dispatch_after

经常会有这样的情况：想在3秒后执行处理。这种想在指定时间后执行处理的情况，可使用 dispatch_after 函数来实现。

在3秒后将指定的 Block 追加到 Main Dispatch Queue 中的源代码如下：

    dispatch_time_t time=dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3ull*NSEC_PER_SEC);
    dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"waited at least three seconds.");
    });

因为 Main Dispatch Queue 在主线程的 RunLoop 中执行，比如每隔1/60秒执行的 RunLoop 中，Block 最快在3秒后执行，最慢在3秒+1/60秒后执行，并且在 Main Dispatch Queue 有大量处理追加或主线程的处理本身有延时时，这个时间会更长。

虽然在有严格时间的要求下使用时会出现问题，但在想大致延迟执行处理时，该函数是非常有效的。

第二个参数指定要追加处理的 Dispatch Queue，第三个参数指定记述要执行处理的 Block。

第一个参数是指定时间用的 dispatch_time_t 类型的值。该值使用 dispatch_time 函数或者 dispatch_walltime 函数作成。

dispatch_time 函数能够获取从第一个参数 dispatch_time_t 类型值中指定的时间开始，到第二个参数指定的毫微秒单位时间后的时间。第一个参数经常使用的值是之前源代码中出现的 DISOATCH_TIME_NOW。表示现在的时间。

数值和 NSEC_PER_SEC 的乘积得到单位为毫微秒的数值。ull 是C语言的数值字面量，表示 unsigned long long。如果使用 NSEC_PER_MSEC 则可以以毫秒为单位计算。

Dispatch Group

在追加到 Dispatch Queue 中的多个处理全部结束后想执行结束处理，这种情况会经常出现。只使用一个 Serial Dispatch Queue 时，只要将想执行的处理全部追加到该 Serial Dispatch Queue 中并在最后追加结束处理，即可实现。但是在使用 Concurrent Dispatch Queue 时或同时使用多个 Dispatch Queue 时，源代码会变得颇为复杂。

在此情况下使用 Dispatch Group。例如下面代码为：追加3个 Block 到 Global Dispatch Queue，这些 Block 如果全部执行完毕，就会执行 Main Dispatch Queue 中结束处理用的 Block。

    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, ^{
        NSLog(@"blk0");
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"blk1");
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"blk2");
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"done");
    });

2014-10-06 14:49:29.929 GCD[2197:111113] blk2
2014-10-06 14:49:29.929 GCD[2197:111112] blk1
2014-10-06 14:49:29.929 GCD[2197:111111] blk0
2014-10-06 14:49:29.941 GCD[2197:111019] done

无论向什么样的 Dispatch Queue 中追加处理，使用 Dispatch Group 都可监视这些处理执行的结束。一旦检测到所有处理执行结束，就可将结束的处理追加到 Dispatch Queue 中。这就是使用 Dispatch Group 的原因。

首先 dispatch_group_create 函数生成 dispatch_group_t 类型的 Dispatch Group。 如 dispatch_group_create 函数名所含的 create 所示。

dipatch_group_async 函数与 dispatch_async 函数相同，都追加 Block 到指定的 Dispatch Queue 中。与 dispatch_async 函数不同的是指定生成的 Dispatch Group 为第一个参数。指定的 Block 属于指定的 Dispatch Group。

在追加到 Dispatch Group 中的处理全部执行结束时，该源码中使用的 dispatch_group_notify 函数会将执行的 Block 追加到 Dispatch Queue 中，将第一个参数指定为想要监视的 Dispatch Group。在追加到该 Dispatch Group 的全部处理执行结束时，将第三个参数的 Block 追加到第二个参数的 Dispatch Queue 中。在 dispatch_group_notify 函数中不管指定什么样的 Dispatch Queue，属于 Dispatch Group 的全部处理在追加指定的 Block 时都已执行结束。

另外，在 Dispatch Group 中也可以使用 dispatch_group_wait 函数仅等待全部处理执行结束。

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, ^{
        NSLog(@"blk0");
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"blk1");
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"blk2");
    });
    
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);

dispatch_group_wait 函数的第二个参数指定为等待的时间（超时），它属于 dispatch_time_t 类型的值。DISPATCH_TIME_FOREVER，意味着永久等待。只要属于 Dispatch Group 的处理尚未执行结束，就会一直等待，中途不能取消。

如同 dispatch_after 函数说明中出现的那样，指定等待间隔为1秒时应该做如下处理。

dispatch_time_t time=dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1ull*NSEC_PER_SEC);
    long result=dispatch_group_wait(group, time);
    if (result==0) {
        // 全部处理结束
    }else{
        // 某一个处理还在执行
    }

如果 dispatch_group_wait 函数的返回值不为0，就意味着虽然经过了指定时间，但属于 Dispatch  Group 的某一个处理还在执行中。如果返回值为0，那么全部处理执行结束。当等待时间为 DISPATCH_TIME_FOREVER，由 dispatch_group_wait 函数返回时，由于属于 Dispatch Group 的处理必定全部执行结束，因此返回值恒为0。

指定 DISPATCH_TIME_NOW，则不用任何等待即可以判断属于 Dispatch Group 的处理是否执行结束。

long result=dispatch_group_wait(group,DISPATCH_TIME_NOW)

dispatch_barrier_async

在访问数据库或者文件时，如前所述，使用 Serial Dispatch Queue 可以避免数据竞争的问题。
写入处理确实不可与其他的写入处理以及包含读取处理的其他某些处理并行执行。但是如果读取处理只是与读取处理并行执行，那么多个并行执行就不会发生问题。

也就是说，为了高效率地进行访问，读取处理追加到 Concurrent Dispatch Queue 中，写入处理在任一个读取处理没有执行的状态下，追加到 Serial Dispatch Queue 中即可。

虽然利用 Dispatch Group 和 dispatch_set_target_queue 函数也可实现，但是源代码会很复杂。

GCD 为我们提供了更为聪明的解决办法-dispatch_barrier_async 函数。该函数和 dispatch_queue_create 函数生成的 Concurrent Dispatch Queue 一起使用。

首先 dispatch_queue_create 函数生成 Concurrent Dispatch Queue，在 dispatch_async 中追加读取处理。

    dispatch_queue_t queue=dispatch_queue_create("com.example.gcd.ForBarrier", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, blk0_for_reading);
    dispatch_async(queue, blk1_for_reading);
    dispatch_async(queue, blk2_for_reading);
    dispatch_async(queue, blk3_for_reading);

    dispatch_queue_t queue=dispatch_queue_create("com.example.gcd.ForBarrier", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, blk0_for_reading);
    dispatch_async(queue, blk1_for_reading);
    
    dispatch_barrier_async(queue, blk_for_writing);
    
    dispatch_async(queue, blk2_for_reading);
    dispatch_async(queue, blk3_for_reading);

dispatch_sync

dispatch_async 函数的 async 意味着 非同步，就是将指定的 Block 非同步 地追加到指定的 Dispatch Queue 中。dispatch_async 函数不做任何等待。

既然有 async，当然有 sync，在追加 Block 结束之前，dispatch_sync 函数会一直等待。

我们先假设这样一种情况：执行 Main Dispatch Queue 时，使用另外的线程 Global Dispatch Queue 进行处理，处理结束后立即使用所得到的结果。在这种情况下使用 dispatch_sync 函数。

    dispatch_queue_t queue=dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"处理");
    });

dispatch_apply

dispatch_apply 函数是 dispatch_sync 函数和 Dispatch Group 的关联 API。该函数按指定的次数将指定的 Block 追加到指定的 Dispatch Queue 中，并等待全部处理执行结束。

    dispatch_queue_t queue=dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index){
        NSLog(@"%zu",index);
    });
    NSLog(@"done");

2014-10-07 10:18:18.510 GCD[612:60b] 0
2014-10-07 10:18:18.510 GCD[612:3503] 2
2014-10-07 10:18:18.513 GCD[612:60b] 4
2014-10-07 10:18:18.510 GCD[612:3403] 3
2014-10-07 10:18:18.513 GCD[612:60b] 6
2014-10-07 10:18:18.514 GCD[612:60b] 8
2014-10-07 10:18:18.514 GCD[612:60b] 9
2014-10-07 10:18:18.513 GCD[612:3503] 5
2014-10-07 10:18:18.510 GCD[612:1303] 1
2014-10-07 10:18:18.513 GCD[612:3403] 7
2014-10-07 10:18:18.515 GCD[612:60b] done

第一个参数为重复次数，第二个参数为追加对象的 Dispatch Queue，第三个参数为追加的处理。与到目前为止所出现的例子不同，第三个参数的 Block 为带有参数的 Block。这是为了按第一个参数重复追加 Block 并区分各个 Block 而使用。

dispatch_suspend/dispatch_resume

当追加大量处理到 Dispatch Queue 时，在追加处理的过程中，有时希望不执行已追加的处理。

在这种情况下，只要挂起 Dispatch Queue 即可。当可以执行时再恢复。

挂起的函数

dispatch_suspend(queue);

dispatch_resume(queue);

dispatch_once

dispatch_once 函数是保证在应用程序执行中只执行一次指定处理的 API。下面这种经常出现的用来进行初始化的源代码可通过 dispatch_once 函数简化。

    static int initialized = NO;
    if (initialized==NO) {
        //初始化
        initialized=YES;
    }

    static dispatch_once_t pred;
    dispatch_once (&pred,^{
        //初始化
    });

GCD 实现

Dispatch Source

GCD 中除了主要的 Dispatch Queue 外，还有不太引人注目的 Disaptch Source。它是 BSD 系内核惯有功能 kqueue 的包装。

kqueue 是在 XNU 内核中发生各种事件时，在应用程序编程方执行处理的技术。其 CPU 负荷非常小，尽量不占用资源。

使用 DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER 的定时器的例子。在网络编程的通信超时等情况下可以使用该例子。

// 指定 DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER， 作为 Dispatch Source
    // 在定时器经过指定时间时设定 Main Dispatch Queue 为追加处理的 Dispatch Queue
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
    
    // 将定时器设为2秒后
    // 不指定为重复
    // 允许延时1秒
    dispatch_source_set_timer(timer, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 2ull * NSEC_PER_SEC), DISPATCH_TIME_FOREVER, 1ull * NSEC_PER_SEC);
    
    // 指定定时器指定时间内执行的处理
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"wakeup!");
        dispatch_source_cancel(timer);
    });
    
    // 指定取消 Dispatch Source 时的处理
    dispatch_source_set_cancel_handler(timer, ^{
        NSLog(@"canceled");
        //dispatch_release(timer);
    });
    
    // 启动Dispatch Source
    dispatch_resume(timer);

example

http://download.csdn.net/detail/gwh111/8008367

分分钟学会GCD