巧谈GCD

谈到iOS多线程,一般都会谈到四种艺术:pthread、NSThread、GCD和NSOperation。其中,苹果推荐也是大家最平常使用的确切是GCD。对于身为开发者的大家来说,并发一直都很费劲,假使对GCD的明亮不够透彻,那么iOS开发的进程相对不会一帆风顺。这里,我会从多少个角度浅谈我对GCD的接头。

一、多线程背景

Although threads have been around for many years and continue to have
their uses, they do not solve the general problem of executing
multiple tasks in a scalable way. With threads, the burden of creating
a scalable solution rests squarely on the shoulders of you, the
developer. You have to decide how many threads to create and adjust
that number dynamically as system conditions change. Another problem
is that your application assumes most of the costs associated with
creating and maintaining any threads it uses.

上述大致说出了直接操纵线程实现多线程的弊端:

  • 开发人士必须遵照系统的扭转动态调整线程的多寡和气象,即对开发者的负担重。
  • 应用程序会在创制和掩护线程上消耗过多资产,即效率低。

周旋的,GCD是一套低层级的C API,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,它不只控制着您的代码块将在哪个线程被执行,还按照可用的系统资源对这多少个线程举行田间管理。GCD的行事办法,使其负有许多亮点(快、稳、准):

  • 快,更快的内存效用,因为线程栈不暂存于应用内存。
  • 稳,提供了全自动的和宏观的线程池管理机制,稳定而方便。
  • 准,提供了平素并且简单的调用接口,使用方便,准确。

二、队列和天职

初学GCD的时候,肯定会纠结一些类似很重点但却毫无意义的问题。比如:GCD和线程到底如何关系;异步任务到底在哪些线程工作;队列到底是个怎么样事物;mian
queue和main
thread到底搞什么名堂等等。现在,这个大家直接略过(最终拾遗中会谈一下),苹果既然推荐应用GCD,那么为何还要纠结于线程呢?需要关爱的只有多少个概念:队列、任务。

1. 队列

调度队列是一个对象,它会以first-in、first-out的模式管理您提交的任务。GCD有二种队列类型:

  • 串行队列,串行队列将任务以先进先出(FIFO)的逐一来施行,所以串行队列通常用来做访问一些特定资源的联名处理。你可以也遵照需要成立六个连串,而这个队列相对其他队列都是出新执行的。换句话说,假若您创造了4个串行队列,每一个系列在同一时间都只举行一个任务,对这七个任务以来,他们是相互独立且并发执行的。如果急需创制串行队列,一般用dispatch_queue_create这些情势来促成,并点名队列类型DISPATCH_QUEUE_SERIAL。
  • 相互队列,并发队列即使是能同时推行六个任务,但这么些职责仍旧是比照先到先实施(FIFO)的逐条来推行的。并发队列会基于系统负荷来适合地选取并发执行这么些任务。并发队列一般指的就是全局队列(Global
    queue),进程中留存五个全局队列:高、中(默认)、低、后台两个先行级队列,可以调用dispatch_get_global_queue函数传入优先级来做客队列。当然我们也足以用dispatch_queue_create,并指定队列类型DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT,来自己创制一个产出队列。
  • 主队列,与主线程功效相同。实际上,提交至main
    queue的职责会在主线程中推行。main
    queue可以调用dispatch_get_main_queue()来博取。因为main
    queue是与主线程相关的,所以这是一个串行队列。和另外串行队列一样,这些队列中的任务一回只好执行一个。它能担保拥有的任务都在主线程执行,而主线程是绝无仅有可用于立异UI 的线程。

额外说一句,下边也说过,队列间的推行是相互的,但是也存在有的限量。比如,并行执行的序列数量受到内核数的范围,不可能真正做到大量行列并行执行;比如,对于互相队列中的全局队列而言,其设有优先级关系,执行的时候也会服从其优先顺序,而不是相互。

2. 任务

linux内核中的任务的概念是描述进程的一种结构体,而GCD中的任务只是一个代码块,它可以指一个block或者函数指针。遵照这多少个代码块添加进去队列的办法,将任务分为同步任务和异步任务:

  • 联合任务,使用dispatch_sync将任务插足队列。将同台任务插手串行队列,会挨个执行,一般不那样做而且在一个职责未终止时调起另外同步任务会死锁。将一起任务参与并行队列,会相继执行,可是也没怎么意义。
  • 异步任务,使用dispatch_async将任务到场队列。将异步任务参预串行队列,会挨个执行,并且不会产出死锁问题。将异步任务参与并行队列,会并行执行多少个任务,这也是我们最常用的一种艺术。

3. 粗略利用

// 队列的创建,queue1:中(默认)优先级的全局并行队列、queue2:主队列、queue3:未指定type则为串行队列、queue4:指定串行队列、queue5:指定并行队列
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_get_main_queue();
dispatch_queue_t queue3 = dispatch_queue_create("queue3", NULL);
dispatch_queue_t queue4 = dispatch_queue_create("queue4", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t queue5 = dispatch_queue_create("queue5", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// 队列中添加异步任务
dispatch_async(queue1, ^{
// 任务
...
});

// 队列中添加同步任务
dispatch_sync(queue1, ^{
// 任务
...
});

三、GCD常见用法和应用场景

可怜欣赏一句话:Talk is cheap, show me the
code.接下来对GCD的施用,我会通过代码体现。

1. dispatch_async

貌似用法

dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_async(globalQueue, ^{
    // 一个异步的任务,例如网络请求,耗时的文件操作等等
    ...
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // UI刷新
        ...
    });
});

动用场景
这种用法相当广阔,比如敞开一个异步的网络请求,待数额重返后再次回到主队列刷新UI;又比如请求图片,待图片重回刷新UI等等。

2. dispatch_after

相似用法

dispatch_queue_t queue= dispatch_get_main_queue();
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC)), queue, ^{
    // 在queue里面延迟执行的一段代码
    ...
});

行使场景
这为大家提供了一个简短的推迟执行的措施,比如在view加载停止延迟执行一个卡通等等。

3. dispatch_once

一般用法

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    // 只执行一次的任务
    ...
});

采取场景
可以动用其创立一个单例,也得以做一些任何只举行五回的代码,比如做一个只好点一遍的button(好像没啥用)。

4. dispatch_group

诚如用法

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, ^{
    // 异步任务1
});

dispatch_group_async(group, queue, ^{
    // 异步任务2
});

// 等待group中多个异步任务执行完毕,做一些事情,介绍两种方式

// 方式1(不好,会卡住当前线程)
dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
...

// 方式2(比较好)
dispatch_group_notify(group, mainQueue, ^{
    // 任务完成后,在主队列中做一些操作
    ...
});

运用场景
上述的一种方法,能够适用于自己维护的有些异步任务的一块问题;然而对于已经封装好的有的库,比如AFNetworking等,我们不获取其异步任务的序列,这里可以通过一种计数的章程控制任务间共同,下边为化解单界面多接口的一种艺术。

// 两个请求和参数为我项目里面的不用在意。

// 计数+1
dispatch_group_enter(group);
[JDApiService getActivityDetailWithActivityId:self.activityId Location:stockAddressId SuccessBlock:^(NSDictionary *userInfo) {
    // 数据返回后一些处理
    ...

    // 计数-1
    dispatch_group_leave(group);
} FailureBlock:^(NSError *error) {
    // 数据返回后一些处理
    ...

    // 计数-1
    dispatch_group_leave(group);
}];

// 计数+1
dispatch_group_enter(group);
[JDApiService getAllCommentWithActivityId:self.activityId PageSize:3 PageNum:self.commentCurrentPage SuccessBlock:^(NSDictionary *userInfo) {
    // 数据返回后一些处理
    ...

    // 计数-1
    dispatch_group_leave(group);
} FailureBlock:^(NSError *error) {
    // 数据返回后一些处理
    ...

    // 计数-1
    dispatch_group_leave(group);
}];

// 其实用计数的说法可能不太对,但是就这么理解吧。会在计数为0的时候执行dispatch_group_notify的任务。
dispatch_group_notify(group, mainQueue, ^{
    // 一般为回主队列刷新UI
    ...
});

5. dispatch_barrier_async

相似用法

// dispatch_barrier_async的作用可以用一个词概括--承上启下,它保证此前的任务都先于自己执行,此后的任务也迟于自己执行。本例中,任务4会在任务1、2、3都执行完之后执行,而任务5、6会等待任务4执行完后执行。

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
    // 任务1
    ...
});
dispatch_async(queue, ^{
    // 任务2
    ...
});
dispatch_async(queue, ^{
    // 任务3
    ...
});
dispatch_barrier_async(queue, ^{
    // 任务4
    ...
});
dispatch_async(queue, ^{
    // 任务5
    ...
});
dispatch_async(queue, ^{
    // 任务6
    ...
});

应用场景
和dispatch_group类似,dispatch_barrier也是异步任务间的一种共同情势,可以在诸如文件的读写操作时利用,保证读操作的准确性。其余,有好几需要小心,dispatch_barrier_sync和dispatch_barrier_async只在团结创立的并发队列上有效,在全局(Global)并发队列、串行队列上,效果跟dispatch_(a)sync效果一样。

6. dispatch_apply

一般用法

// for循环做一些事情,输出0123456789
for (int i = 0; i < 10; i ++) {
    NSLog(@"%d", i);
}

// dispatch_apply替换(当且仅当处理顺序对处理结果无影响环境),输出顺序不定,比如1098673452
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
/*! dispatch_apply函数说明
*
*  @brief  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,并等到全部的处理执行结束
*
*  @param 10    指定重复次数  指定10次
*  @param queue 追加对象的Dispatch Queue
*  @param index 带有参数的Block, index的作用是为了按执行的顺序区分各个Block
*
*/
dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
    NSLog(@"%zu", index);
});

选取场景
那么,dispatch_apply有什么用吗,因为dispatch_apply并行的运行机制,效能一般快于for循环的类串行机制(在for三遍巡回中的处理任务过多时差异相比大)。比如这足以用来拉取网络数据后提前算出各样控件的分寸,制止绘制时统计,提升表单滑动流畅性,要是用for循环,耗时较多,并且每个表单的多少尚未借助关系,所以用dispatch_apply比较好。

7. dispatch_suspend和dispatch_resume

貌似用法

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_suspend(queue); //暂停队列queue
dispatch_resume(queue);  //恢复队列queue

动用场景
这种用法我还不曾品味过,可是里面有个需要专注的点。这六个函数不会影响到行列中早已进行的天职,队列暂停后,已经添加到队列中但还尚无执行的任务不会执行,直到队列被还原。

8. dispatch_semaphore_signal

相似用法

// dispatch_semaphore_signal有两类用法:a、解决同步问题;b、解决有限资源访问(资源为1,即互斥)问题。
// dispatch_semaphore_wait,若semaphore计数为0则等待,大于0则使其减1。
// dispatch_semaphore_signal使semaphore计数加1。

// a、同步问题:输出肯定为1、2、3。
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_semaphore_t semaphore1 = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_semaphore_t semaphore2 = dispatch_semaphore_create(0);
dispatch_semaphore_t semaphore3 = dispatch_semaphore_create(0);

dispatch_async(queue, ^{
    // 任务1
    dispatch_semaphore_wait(semaphore1, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    NSLog(@"1\n");
    dispatch_semaphore_signal(semaphore2);
    dispatch_semaphore_signal(semaphore1);
});

dispatch_async(queue, ^{
    // 任务2
    dispatch_semaphore_wait(semaphore2, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    NSLog(@"2\n");
    dispatch_semaphore_signal(semaphore3);
    dispatch_semaphore_signal(semaphore2);
});

dispatch_async(queue, ^{
    // 任务3
    dispatch_semaphore_wait(semaphore3, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    NSLog(@"3\n");
    dispatch_semaphore_signal(semaphore3);
});

// b、有限资源访问问题:for循环看似能创建100个异步任务,实质由于信号限制,最多创建10个异步任务。
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(10);
for (int i = 0; i < 100; i ++) {
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    dispatch_async(queue, ^{
    // 任务
    ...
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
}

应用场景
实在关于dispatch_semaphore_t,并不曾见到太Dolly用和材料表达,我不得不参照自己对linux信号量的知晓写了五个用法,经测试确实相似。这里,就不对部分死锁问题开展座谈了。

9. dispatch_set_context、dispatch_get_context和dispatch_set_finalizer_f

诚如用法

// dispatch_set_context、dispatch_get_context是为了向队列中传递上下文context服务的。
// dispatch_set_finalizer_f相当于dispatch_object_t的析构函数。
// 因为context的数据不是foundation对象,所以arc不会自动回收,一般在dispatch_set_finalizer_f中手动回收,所以一般讲上述三个方法绑定使用。

- (void)test
{
    // 几种创建context的方式
    // a、用C语言的malloc创建context数据。
    // b、用C++的new创建类对象。
    // c、用Objective-C的对象,但是要用__bridge等关键字转为Core Foundation对象。

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    if (queue) {
        // "123"即为传入的context
        dispatch_set_context(queue, "123");
        dispatch_set_finalizer_f(queue, &xigou);
    }
    dispatch_async(queue, ^{
        char *string = dispatch_get_context(queue);
        NSLog(@"%s", string);
    });
}

// 该函数会在dispatch_object_t销毁时调用。
void xigou(void *context)
{
    // 释放context的内存(对应上述abc)

    // a、CFRelease(context);
    // b、free(context);
    // c、delete context;
}

运用场景
dispatch_set_context可以为队列添加上下文数据,可是因为GCD是C语言接口格局的,所以其context参数类型是“void
*”。需采取上述abc二种艺术开创context,并且一般结合dispatch_set_finalizer_f使用,回收context内存。

四、内存和安全

多少提一下吧,因为一些人纠结于dispatch的内存问题。
内存

  • MRC:用dispatch_retain和dispatch_release管理dispatch_object_t内存。
  • ARC:ARC在编译时刻自动管理dispatch_object_t内存,使用retain和release会报错。

安全
dispatch_queue是线程安全的,你能够随心所欲往里面添加任务。

五、拾遗

这里根本提一下GCD的一部分坑和线程的一对题目。

1. 死锁

dispatch_sync

// 假设这段代码执行于主队列
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

// 在主队列添加同步任务
dispatch_sync(mainQueue, ^{
    // 任务
    ...
});

// 在串行队列添加同步任务 
dispatch_sync(serialQueue, ^{
    // 任务
    ...
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        // 任务
        ...
    });
};

dispatch_apply

// 因为dispatch_apply会卡住当前线程,内部的dispatch_apply会等待外部,外部的等待内部,所以死锁。
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_apply(10, queue, ^(size_t) {
    // 任务
    ...
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t) {
        // 任务
        ...
    });
});

dispatch_barrier
dispatch_barrier_sync在串行队列和大局并行队列之中和dispatch_sync同样的功能,所以需考虑同dispatch_sync一样的死锁问题。

2. dispatch_time_t

// dispatch_time_t一般在dispatch_after和dispatch_group_wait等方法里作为参数使用。这里最需要注意的是一些宏的含义。
// NSEC_PER_SEC,每秒有多少纳秒。
// USEC_PER_SEC,每秒有多少毫秒。
// NSEC_PER_USEC,每毫秒有多少纳秒。
// DISPATCH_TIME_NOW 从现在开始
// DISPATCH_TIME_FOREVE 永久

// time为1s的写法
dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1 * NSEC_PER_SEC);

3. GCD和线程的关联

假定你是新手,GCD和线程暂时木有关系。
尽管你是高手,我们做情人呢。

六、参考文献

1、https://developer.apple.com/library/mac/documentation/General/Conceptual/ConcurrencyProgrammingGuide/OperationQueues/OperationQueues.html\#//apple\_ref/doc/uid/TP40008091-CH102-SW2
2、https://developer.apple.com/library/ios/documentation/Performance/Reference/GCD\_libdispatch\_Ref/
3、http://tutuge.me/2015/04/03/something-about-gcd/
4、http://www.jianshu.com/p/85b75c7a6286
5、http://www.jianshu.com/p/d56064507fb8

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