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对GCD的一些理解和实践
GCD
GCD，全程Grand Central Dispatch，是苹果为了多核并行提出的解决方案。它是使用C语言实现，但是由于用了block来处理回调，所以使用起来十分方便。并且GCD会自动管理线程的生命周期，不需要我们去管理。
任务和队列
GCD中有两个重要的概念，任务和队列。
1、任务，就是我们想要处理的事情，任务可以分为同步执行和异步执行：
同步（sync）：使用dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block) 创建，同步执行任务时会阻塞当前线程等待block执行完毕返回。然后当前线程才会继续执行下去。
异步（async）：使用dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block)创建，异步任务不会阻塞当前线程，任务创建后立即返回线程往下执行。
2、队列，存放任务，并将任务由先入先出地派发出去。分为串行队列和并行队列：
串行队列（Serial queue）：队列中的任务根据创建顺序，先入先出地执行，等待上一个任务执行完毕后，才会执行下一个任务，有严格的执行先后顺序。
并行队列（Concurrent queue）：队列会根据先后顺序，将任务派发出去，并行执行。所有的任务几乎都是一起执行的。不过需要注意，GCD 会根据系统资源控制并行的数量，所以如果任务很多，它并不会让所有任务同时执行。有一个表，可以大体说明任务和队列之间的配合使用：
| 串行队列 | 并行队列 | |
| 同步执行任务 | 当前线程，一个一个执行 | 当前线程，一个一个执行 |
| 异步执行任务 | 另开线程，一个一个执行 | 开很多线程，一起执行 |
下面是任务和队列的使用演示：
/** * 串行队列中的任务会等待正在执行的任务执行结束，排队执行 */ dispatch_queue_t serial_queue = dispatch_queue_create("serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); //主队列 dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue(); /** * 并行，不等待正在执行的任务的处理结果，可以并发执行多个任务 */ dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); //全局队列 dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); //在串行队列中创建几个同步任务，在主线程顺序执行 dispatch_sync(serial_queue, ^{ NSLog(@"task a ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_sync(serial_queue, ^{ NSLog(@"task b ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_sync(serial_queue, ^{ NSLog(@"task c ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); //在串行队列中创建几个异步任务，在主线程顺序执行 dispatch_sync(serial_queue, ^{ NSLog(@"task aa ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_sync(serial_queue, ^{ NSLog(@"task bb ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_sync(serial_queue, ^{ NSLog(@"task cc ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); //在串行队列中创建几个异步任务，另开1个线程顺序执行 dispatch_async(serial_queue, ^{ NSLog(@"task 1 ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_async(serial_queue, ^{ NSLog(@"task 1 ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_async(serial_queue, ^{ NSLog(@"task 1 ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); //在并队列中创建几个异步任务，另开多个线程同时执行 dispatch_async(concurrent_queue, ^{ NSLog(@"task 11 ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ NSLog(@"task 22 ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ NSLog(@"task 33 ,thread:%@",[NSThread currentThread]); });
任务组和栅栏
有时候当我们想要为多个任务添加依赖关系的时候，就可以使用任务组dispatch_group和dispatch_barrier。
任务组是将若干个任务放在一个group 中，这些任务可以在同一队列也可以在不同队列，然后用dispatch_group_notify()和dispatch_group_wait()对任务组中任务的完成进行处理。
1、dispatch_group_notify()中的任务会在group中多有任务执行完毕后执行
dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); /** * group中所有任务任务执行完毕后，执行dispatch_group_notify中的任务 */ dispatch_group_async(group, serial_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"serial_queue1"); }); dispatch_group_async(group, serial_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"serial_queue2"); }); dispatch_group_async(group, concurrent_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"concurrent_queue1"); }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"return main queue"); });
2、dispatch_group_wait()中可传入一个给定时间，如果在等待时间结束前group所有任务执行完毕则返回0，否则返回非0，这个函数是一个同步任务
/** * dispatch_group_wait给定一个时间，如果在等待时间结束前group所有任务执行完毕则返回0，否则返回非0，这个函数是一个同步任务 */ dispatch_group_async(group, serial_queue, ^{ sleep(3); NSLog(@"serial_queue1"); }); dispatch_group_async(group, serial_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"serial_queue2"); }); dispatch_group_async(group, concurrent_queue, ^{ sleep(3); NSLog(@"concurrent_queue1"); }); long i = dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, NSEC_PER_SEC * 6)); NSLog(@"-- %ld --",i); dispatch_group_async(group, concurrent_queue, ^{ NSLog(@"finish all"); });
3、可以使用dispatch_group_enter()和dispatch_group_leave()来添加任务组的任务，两者必须要成对出现，两个函数之间的代码便是要加入任务住的任务
/** * 使用dispatch_group_enter和dispatch_group_leave添加组任务,两者必须要成对出现 */ dispatch_group_enter(group); sleep(2); NSLog(@"1"); dispatch_group_leave(group); dispatch_group_enter(group); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ sleep(3); NSLog(@"2"); dispatch_group_leave(group); }); dispatch_group_enter(group); sleep(2); NSLog(@"3"); dispatch_group_leave(group); long i = dispatch_group_wait(group, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, NSEC_PER_SEC * 6)); NSLog(@"-- %ld --",i); dispatch_group_async(group, concurrent_queue, ^{ NSLog(@"finish all"); });
栅栏是将一个队列中的任务分割成两部分，在栅栏任务之前添加的任务全部执行完毕后，单独执行栅栏任务，执行完毕后，再继续执行后面的任务。栅栏必须单独执行，不能与其他任务并发执行，因此，栅栏只对并发队列有意义。栅栏只有等待当前队列所有并发任务都执行完毕后，才会单独执行，待其执行完毕，再按照正常的方式继续向下执行。
dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"1"); }); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"2"); }); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"3"); }); dispatch_barrier_async(concurrent_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"barrier"); }); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ sleep(2); NSLog(@"finish1"); }); dispatch_async(concurrent_queue, ^{ NSLog(@"finish2"); });
重复执行dispatchApply 和 单次执行dispatch_once
dispatch_apply()是将一个任务提交到队列中重复执行，并行或者串行由队列决定，dispatch_apply会阻塞当前线程，等到所有任务完成后返回
dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_apply(5, concurrent_queue, ^(size_t index) { sleep(1); NSLog(@"index:%zu",index); }); NSLog(@"finish");
dispatch_once()确保block内代码在整个应用运行期间只执行一次
//确保block内代码在整个应用运行期间只执行一次 static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ NSLog(@"just run once in application"); });
线程同步、信号量和线程死锁
多线程处理经常需要考虑到资源抢占的问题，比如经典的购票问题，写数据库等问题。处理问题的办法有很多，下面介绍最简单的两种做法：加上同步锁，或者用信号量来解决。
同步锁，每当有线程访问锁里的资源时，会将此部分锁住，拒绝其他线程访问。直到占用的线程推出后才解锁，允许其他资源访问。
//同步锁，对block内的代码加锁,同一时间内只允许一个线程访问 @synchronized(self) { NSLog(@"lock"); };
信号量dispatch_semaphore，一开始设置信号的总量，然后用dispatch_semaphore_wait()和dispatch_semaphore_signal()来管理信号量，达到控制线程访问的目的
//信号量dispatch_semaphore dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); //设置总信号量 dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(10); for (int i = 0; i<100; i++) { //设置等待信号，如果此时信号量大于0，那么信号量减一并继续往下执行 //如果此时信号量小于0，会一直等待，直到超时 //如果超时返回非零，成功执行返回0 dispatch_semaphore_wait(semaphore, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, NSEC_PER_SEC*50)); dispatch_group_async(group, concurrent_queue, ^{ sleep(1); NSLog(@"%d",i); //发送信号，让信号量加一 dispatch_semaphore_signal(semaphore); }); } dispatch_group_notify(group, concurrent_queue, ^{ NSLog(@"finish"); });
GCD尽管使用起来非常方便，但是如果使用不当也活造成一些麻烦，下面列举几个会造成线程死锁的场合：
//在并行队列中，在当前队列调用dispatch_sync，并传入当前队列执行，并不会造成deadlock。dispatch_sync会阻塞当前线程，但是由于队列是并行执行，所以block中的任务会马上执行后返回。- (void)syncAndConcurrentQueue { dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_sync(queue, ^{ NSLog(@"Jump to concurrent.queue! ,thread:%@",[NSThread currentThread]); dispatch_sync(queue, ^{ sleep(3); NSLog(@"success6 ,thread:%@",[NSThread currentThread]); }); NSLog(@"return"); });}//在串行队列中，在当前队列调用dispatch_sync，并传入当前队列执行，会造成deadlock。 dispatch_sync会阻塞当前线程，等待block中的任务执行完之后再继续执行，但是由于队列是串行执行，block中的任务放在最后，所以永远没有机会执行，线程死锁- (void)synAndSerialQueue { dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_async(queue, ^{ NSLog(@"Jump to serial.queue!"); dispatch_sync(queue, ^{ NSLog(@"success"); }); NSLog(@"return"); });}//任务1会阻塞主线程，直到block中执行完毕返回，任务二在主线程添加了了一个同步任务，阻塞当前线程，知道任务执行完毕返回，而任务2没有机会被执行。造成两条线程死锁。- (void)recycle { dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); //任务1 dispatch_sync(concurrent_queue, ^{ NSLog(@"jump to concurrent queue"); //任务2 dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"return main queue"); }); });}
总结
以上是使用GCD的一些心得，GCD使用起来尽管十分便利，但是在处理一些场景比如取消任务时候会很麻烦，所以实现简单功能的时候推荐使用GCD，如果功能复杂的话建议使用NSOperation和NSOperationQueue，NSOperationQueue的底层也是由GCD实现的，完全面向对象，所以使用起来更好理解。下次有空讲讲NSOperation和NSOperationQueue。以上代码demo地址：https://github.com/GarenChen/GCDDemo
对GCD的一些理解和实践