本篇博客共分以下几个模块来介绍GCD的相关内容:
- 多线程相关概念
- 多线程编程技术的优缺点比较？
- GCD中的三种队列类型
- The main queue(主线程串行队列)
- Global queue（全局并发队列)
- Custom queue (自定义队列)
- Group queue (队列组)
- GCD中一些系统提供的常用dispatch方法
多线程相关概念
进程与线程
- 进程概念： 进程是程序在计算机上的一次执行活动，打开一个app，就开启了一个进程，可包含多个线程。
- 线程概念： 独立执行的代码段，一个线程同时间只能执行一个任务，反之多线程并发就可以在同一时间执行多个任务。
- iOS程序中，主线程（又叫做UI线程）主要任务是处理UI事件，显示和刷新UI（只有主线程有直接修改UI的能力）耗时的操作放在子线程（又叫做后台线程、异步线程）。在iOS中开子线程去处理耗时的操作，可以有效提高程序的执行效率，提高资源利用率。但是开启线程会占用一定的内存（主线程的堆栈大小是1M，第二个线程开始都是512KB，并且该值不能通过编译器开关或线程API函数来更改）降低程序的性能。所以一般不要同时开很多线程。
线程相关
- 同步线程：同步线程会阻塞当前线程去执行线程内的任务，执行完之后才会返回当前线程
- 异步线程：异步线程不会阻塞当前线程，会开启其他线程内的任务。
- 串行队列：线程任务按先后顺序逐个执行（需要等待队列里面前面的任务执行完之后在执行新的任务）。
- 并发队列：多个任务添加顺序一起开始执行（不用等待前面的任务执行完再执行新的任务）但是添加间隔往往忽略不计，所以看着像是一起执行的。
- 并发VS并行：并行是基于多核设备的，并行一定是并发，并发不一定是并行。
多线程中会出现的问题
Critical Section（临界代码段）
指的是不能同时被两个线程访问的代码段，比如一个变量，被并发进程访问后可能会改变变量值，造成数据污染（数据共享问题）。Race Condition (竞态条件)
当多个线程同时访问共享的数据时，会发生争用情形，第一个线程读取改变了一个变量的值，第二个线程也读取改变了这个变量的值，两个线程同时操作了该变量，此时他们会发生竞争来看哪个线程会最后写入这个变量，最后被写入的值将会被保留下来。Deadlock (死锁)
两个（多个）线程都要等待对方完成某个操作才能进行下一步，这时就会发生死锁。Thread Safe（线程安全）
一段线程安全的代码（对象），可以同时被多个线程或并发的任务调度，不会产生问题，非线程安全的只能按次序被访问。
所有Mutable对象都是非线程安全的，所有Immutable对象都是线程安全的，使用Mutable对象，一定要用同步锁来同步访问（@synchronized）。互斥锁：能够防止多线程抢夺造成的数据安全问题，但是需要消耗大量的资源
-
原子属性（atomic）加锁
- atomic: 原子属性，为setter方法加锁，将属性以atomic的形式来声明，该属性变量就能支持互斥锁了。
nonatomic: 非原子属性，不会为setter方法加锁，声明为该属性的变量，客户端应尽量避免多线程争夺同一资源。
Context Switch （上下文切换）
当一个进程中有多个线程来回切换时，context switch用来记录执行状态，这样的进程和一般的多线程进程没有太大差别，但会产生一些额外的开销。
多线程编程技术的优缺点比较
- NSThread（抽象层次：低）
- 优点：轻量级，简单易用，可以直接操作线程对象
- 缺点：需要自己管理线程的生命周期，线程同步。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销
- Cocoa NSOperation (抽象层次：中)
- 优点：不需要关心线程管理，数据同步的事情，可以把精力放在学要执行的操作上。基于GCD，是对GCD 的封装，比GCD更加面向对象
- 缺点: NSOperation是个抽象类，使用它必须使用它的子类，可以实现它或者使用它定义好的两个子类NSInvocationOperation、NSBlockOperation.
- GCD 全称Grand Center Dispatch (抽象层次：高)
GCD的抽象层次最高，使用也简单，因此，苹果也推荐使用GCD
- 优点：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，基于C语言，更底层更高效，并且不是Cocoa框架的一部分，自动管理线程生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）。
- 缺点: 使用GCD的场景如果很复杂，就有非常大的可能遇到死锁问题。
GCD中的三种队列类型
GCD编程的核心就是dispatch队列，dispatch block的执行最终会放进某个队列中去进行。
- the main queue（主线程串行队列): 与主线程功能相同，提交至 Main queue的任务会在主线程中执行，
- Main queue 可以通过dispatch_get_main_queue()来获取。
- Global queue（全局并发队列): 全局并发队列由整个进程共享，有高、中（默认）、低、后台四个优先级别。
- Global queue 可以通过调用dispatch_get_global_queue函数来获取（可以设置优先级）
- Custom queue (自定义队列): 可以为串行，也可以为并发。
- Custom queue 可以通过dispatch_queue_create()来获取；
- Group queue (队列组)：将多线程进行分组，最大的好处是可获知所有线程的完成情况。
- Group queue 可以通过调用dispatch_group_create()来获取，通过 - dispatch_group_notify,可以直接监听组里所有线程完成情况。
The main queue(主线程串行队列)
dispatch_sync 同步执行任务函数，不会开启新的线程，dispatch_async 异步执行任务函数，会开启新的线程
- 获取主线程串行队列
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
- 主线程串行队列同步执行任务，在主线程运行时，会产生死锁
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(mainQueue,^{
NSLog("MainQueue");
});
程序正常运行，block中的代码正常运行
- 从子线程，异步返回主线程更新UI<这种使用方式比较多>
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_async(globalQueue, ^{
//子线程异步执行下载任务，防止主线程卡顿
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://www.baidu.com"];
NSError *error;
NSString *htmlData = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
if (htmlData != nil) {
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
//异步返回主线程，根据获取的数据，更新UI
dispatch_async(mainQueue, ^{
NSLog(@"根据更新UI界面");
});
} else {
NSLog(@"error when download:%@",error);
}
});
主线程串行队列由系统默认生成的，所以无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。
Global queue（全局并发队列)
耗时的操作，比如读取网络数据，IO,数据库读写等，我们会在另外一个线程中处理这些操作，然后通知主线程更新界面
- 获取全局并发队列
//程序默认的队列级别，一般不要修改,DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT == 0
dispatch_queue_t globalQueue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//HIGH
dispatch_queue_t globalQueue2 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);
//LOW
dispatch_queue_t globalQueue3 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);
//BACKGROUND
dispatch_queue_t globalQueue4 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);
- 全局并发队列同步执行任务，在主线程执行会导致页面卡顿。
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"current task");
dispatch_sync(globalQueue, ^{
sleep(2.0);
NSLog(@"sleep 2.0s");
});
NSLog(@"next task");
控制台输出如下：
2015-11-18 15:50:14.999 Whisper[33073:343781] current task
2015-11-18 15:50:15.000 Whisper[33073:343781] next task
2015-11-18 15:50:17.004 Whisper[33073:343841] sleep 2.0s
主线程不用等待2s钟，继续执行block代码段后面的代码。
- 多个全局并发队列，异步执行任务。
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"current task");
dispatch_async(globalQueue, ^{
NSLog(@"最先加入全局并发队列");
});
dispatch_async(globalQueue, ^{
NSLog(@"次加入全局并发队列");
});
NSLog(@"next task");
控制台输出如下:
2015-11-18 16:54:52.202 Whisper[39827:403208] current task
2015-11-18 16:54:52.203 Whisper[39827:403208] next task
2015-11-18 16:54:52.205 Whisper[39827:403309] 最先加入全局并发队列
2015-11-18 16:54:52.205 Whisper[39827:403291] 次加入全局并发队列
异步线程的执行顺序是不确定的。几乎同步开始执行
全局并发队列由系统默认生成的，所以无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。
Custom queue (自定义队列)
自定义串行队列
- 获取自定义串行队列
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"%s",dispatch_queue_get_label(conCurrentQueue)) ;
- 控制台输出：
2015-11-19 11:05:34.469 Whisper[1223:42960] com.dullgrass.serialQueue
dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr)函数中第一个参数是给这个queue起的标识，这个在调试的可以看到是哪个队列在执行，或者在crash日志中，也能做为提示。第二个是需要创建的队列类型，是串行的还是并发的
- 自定义串行队列同步执行任务
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"current task");
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"最先加入自定义串行队列");
sleep(2);
});
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"次加入自定义串行队列");
});
NSLog(@"next task");
- 控制台输出：
2015-11-18 17:09:40.025 Whisper[40241:416296] current task
2015-11-18 17:09:40.027 Whisper[40241:416296] 最先加入自定义串行队列
2015-11-18 17:09:43.027 Whisper[40241:416296] 次加入自定义串行队列
2015-11-18 17:09:43.027 Whisper[40241:416296] next task
当前线程等待串行队列中的子线程执行完成之后再执行，串行队列中先进来的子线程先执行任务，执行完成后，再执行队列中后面的任务。
- 自定义串行队列嵌套执行同步任务，产生死锁
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(serialQueue, ^{ //该代码段后面的代码都不会执行，程序被锁定在这里
NSLog(@"会执行的代码");
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"代码不执行");
});
});
- 异步执行串行队列，嵌套同步执行串行队列，同步执行的串行队列中的任务将不会被执行，其他程序正常执行
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(serialQueue, ^{
NSLog(@"会执行的代码");
dispatch_sync(serialQueue, ^{
NSLog(@"代码不执行");
});
});
注意不要嵌套使用同步执行的串行队列任务
自定义并发队列
- 获取自定义并发队列
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
- 自定义并发队列执行同步任务
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
NSLog(@"current task");
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"先加入队列");
});
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"次加入队列");
});
NSLog(@"next task");
- 控制台输出如下：
2015-11-19 10:36:23.259 Whisper[827:20596] current task
2015-11-19 10:36:23.261 Whisper[827:20596] 先加入队列
2015-11-19 10:36:23.261 Whisper[827:20596] 次加入队列
2015-11-19 10:36:23.261 Whisper[827:20596] next task
- 自定义并发队列嵌套执行同步任务（不会产生死锁，程序正常运行）
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
NSLog(@"current task");
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"先加入队列");
dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"次加入队列");
});
});
NSLog(@"next task");
- 控制台输出如下：
2015-11-19 10:39:21.301 Whisper[898:22273] current task
2015-11-19 10:39:21.303 Whisper[898:22273] 先加入队列
2015-11-19 10:39:21.303 Whisper[898:22273] 次加入队列
2015-11-19 10:39:21.303 Whisper[898:22273] next task
- 自定义并发队列执行异步任务
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
NSLog(@"current task");
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"先加入队列");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"次加入队列");
});
NSLog(@"next task");
- 控制台输出如下：
2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26445] current task
2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26445] next task
2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26505] 次加入队列
2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26500] 先加入队列
异步执行任务，开启新的子线程，不影响当前线程任务的执行，并发队列中的任务，几乎是同步执行的，输出顺序不确定
Group queue (队列组)
当遇到需要执行多个线程并发执行，然后等多个线程都结束之后，再汇总执行结果时可以用group queue
- 使用场景： 同时下载多个图片，所有图片下载完成之后去更新UI（需要回到主线程）或者去处理其他任务（可以是其他线程队列）。
- 原理：使用函数dispatch_group_create创建dispatch group,然后使用函数dispatch_group_async来将要执行的block任务提交到一个dispatch queue。同时将他们添加到一个组，等要执行的block任务全部执行完成之后，使用dispatch_group_notify函数接收完成时的消息。
- 使用示例:
dispatch_queue_t conCurrentGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_group_t groupQueue = dispatch_group_create();
NSLog(@"current task");
dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{
NSLog(@"并行任务1");
});
dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{
NSLog(@"并行任务2");
});
dispatch_group_notify(groupQueue, mainQueue, ^{
NSLog(@"groupQueue中的任务 都执行完成,回到主线程更新UI");
});
NSLog(@"next task");
- 控制台输出
2015-11-19 13:47:55.117 Whisper[1645:97116] current task
2015-11-19 13:47:55.117 Whisper[1645:97116] next task
2015-11-19 13:47:55.119 Whisper[1645:97178] 并行任务1
2015-11-19 13:47:55.119 Whisper[1645:97227] 并行任务2
2015-11-19 13:47:55.171 Whisper[1645:97116] groupQueue中的任务 都执行完成,回到主线程更新UI
- 在当前线程阻塞的同步等待dispatch_group_wait
dispatch_group_t groupQueue = dispatch_group_create();
dispatch_time_t delayTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 10 * NSEC_PER_SEC);
dispatch_queue_t conCurrentGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"current task");
dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{
long isExecuteOver = dispatch_group_wait(groupQueue, delayTime);
if (isExecuteOver) {
NSLog(@"wait over");
} else {
NSLog(@"not over");
}
NSLog(@"并行任务1");
});
dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{
NSLog(@"并行任务2");
});
- 控制台输出如下：
2015-11-19 14:37:29.514 Whisper[2426:126683] current task
2015-11-19 14:37:29.518 Whisper[2426:126791] 并行任务2
2015-11-19 14:37:39.515 Whisper[2426:126733] wait over
2015-11-19 14:37:39.516 Whisper[2426:126733] 并行任务1
dispatch_time(dispatch_time_t when, int64_t delta);
参数注释：
第一个参数一般是DISPATCH_TIME_NOW，表示从现在开始
第二个参数是延时的具体时间
延时1秒可以写成如下几种：
NSEC_PER_SEC----每秒有多少纳秒
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1NSEC_PER_SEC);
USEC_PER_SEC----每秒有多少毫秒（注意是指在纳秒的基础上）
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1000USEC_PER_SEC); //SEC---毫秒
NSEC_PER_USEC----每毫秒有多少纳秒。
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,
USEC_PER_SEC*NSEC_PER_USEC);SEC---纳秒
GCD中一些系统提供的常用dispatch方法
- dispatch_after延时添加到队列
使用示例：
dispatch_time_t delayTime3 = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3*NSEC_PER_SEC);
dispatch_time_t delayTime2 = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 2*NSEC_PER_SEC);
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
NSLog(@"current task");
dispatch_after(delayTime3, mainQueue, ^{
NSLog(@"3秒之后添加到队列");
});
dispatch_after(delayTime2, mainQueue, ^{
NSLog(@"2秒之后添加到队列");
});
NSLog(@"next task");
- 控制台输出如下：
2015-11-19 15:50:19.369 Whisper[2725:172593] current task
2015-11-19 15:50:19.370 Whisper[2725:172593] next task
2015-11-19 15:50:21.369 Whisper[2725:172593] 2秒之后添加到队列
2015-11-19 15:50:22.654 Whisper[2725:172593] 3秒之后添加到队列
dispatch_after只是延时提交block，并不是延时后立即执行，并不能做到精确控制，需要精确控制的朋友慎用哦
dispatch_apply在给定的队列上多次执行某一任务，在主线程直接调用会阻塞主线程去执行block中的任务。
dispatch_apply函数的功能：把一项任务提交到队列中多次执行，队列可以是串行也可以是并行，dispatch_apply不会立刻返回，在执行完block中的任务后才会返回，是同步执行的函数。
dispatch_apply正确使用方法：为了不阻塞主线程，一般把dispatch_apply放在异步队列中调用，然后执行完成后通知主线程
使用示例:
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
NSLog(@"current task");
dispatch_async(globalQueue, ^{
dispatch_queue_t applyQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
//第一个参数，3--block执行的次数
//第二个参数，applyQueue--block任务提交到的队列
//第三个参数，block--需要重复执行的任务
dispatch_apply(3, applyQueue, ^(size_t index) {
NSLog(@"current index %@",@(index));
sleep(1);
});
NSLog(@"dispatch_apply 执行完成");
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(mainQueue, ^{
NSLog(@"回到主线程更新UI");
});
});
NSLog(@"next task");
- 控制台输出如下：
2015-11-19 16:24:45.015 Whisper[4034:202269] current task
2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202269] next task
2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202347] current index 0
2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202344] current index 1
2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202345] current index 2
2015-11-19 16:24:46.021 Whisper[4034:202347] dispatch_apply 执行完成
2015-11-19 16:24:46.021 Whisper[4034:202269] 回到主线程更新UI
嵌套使用dispatch_apply会导致死锁。
dispatch_once保证在app运行期间，block中的代码只执行一次
经典使用场景－－－单例
单例对象ShareManager的定义：
ShareManager的.h文件
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface ShareManager : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *someProperty;
+ (ShareManager *)shareManager;
+ (ShareManager *)sharedManager;
@end
ShareManager的.m文件
#import "ShareManager.h"
@implementation ShareManager
static ShareManager *sharedManager = nil;
//GCD实现单例功能
+ (ShareManager *)shareManager
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
sharedManager = [[self alloc] init];
});
return sharedManager;
}
//在ARC下，非GCD，实现单例功能
+ (ShareManager *)sharedManager
{
@synchronized(self) {
if (!sharedManager) {
sharedManager = [[self alloc] init];
}
}
return sharedManager;
}
- (instancetype)init{
self = [super init];
if (self) {
_someProperty =@"Default Property Value";
}
return self;
}
@end
ShareManager的使用
#import "ShareManager.h"
在需要使用的函数中，直接调用下面的方法
ShareManager *share = [ShareManager sharedManager];
NSLog(@"share is %@",share.someProperty);
- dispatch_barrier_async 栅栏的作用
- 功能：是在并行队列中，等待在dispatch_barrier_async之前加入的队列全部执行完成之后（这些任务是并发执行的）再执行dispatch_barrier_async中的任务，dispatch_barrier_async中的任务执行完成之后，再去执行在dispatch_barrier_async之后加入到队列中的任务（这些任务是并发执行的）。
- 使用示例:
dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 1");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 2");
});
dispatch_barrier_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch barrier");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 3");
});
dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
NSLog(@"dispatch 4");
});
- 控制台输出如下:
2015-11-19 18:12:34.125 Whisper[22633:297257] dispatch 1
2015-11-19 18:12:34.125 Whisper[22633:297258] dispatch 2
2015-11-19 18:12:34.126 Whisper[22633:297258] dispatch barrier
2015-11-19 18:12:34.127 Whisper[22633:297258] dispatch 3
2015-11-19 18:12:34.127 Whisper[22633:297257] dispatch 4
