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對GCD的一些理解和實踐

編輯：IOS技巧綜合
[摘要]本文是對對GCD的一些理解和實踐的講解，對學習IOS蘋果軟件開發有所幫助,與大家分享。

GCD

　　GCD，全程Grand Central Dispatch，是蘋果為了多核並行提出的解決方案。它是使用C語言實現，但是由於用了block來處理回調，所以使用起來十分方便。並且GCD會自動管理線程的生命周期，不需要我們去管理。

任務和隊列

　　GCD中有兩個重要的概念，任務和隊列。

　　1、任務，就是我們想要處理的事情，任務可以分為同步執行和異步執行：

　　同步（sync）：使用dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block) 創建，同步執行任務時會阻塞當前線程等待block執行完畢返回。然後當前線程才會繼續執行下去。

　　異步（async）：使用dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block)創建，異步任務不會阻塞當前線程，任務創建後立即返回線程往下執行。

　　2、隊列，存放任務，並將任務由先入先出地派發出去。分為串行隊列和並行隊列：

　　串行隊列（Serial queue）：隊列中的任務根據創建順序，先入先出地執行，等待上一個任務執行完畢後，才會執行下一個任務，有嚴格的執行先後順序。

　　並行隊列（Concurrent queue）：隊列會根據先後順序，將任務派發出去，並行執行。所有的任務幾乎都是一起執行的。不過需要注意，GCD 會根據系統資源控制並行的數量，所以如果任務很多，它並不會讓所有任務同時執行。有一個表，可以大體說明任務和隊列之間的配合使用：

串行隊列 並行隊列 同步執行任務 當前線程，一個一個執行 當前線程，一個一個執行 異步執行任務 另開線程，一個一個執行 開很多線程，一起執行

　　下面是任務和隊列的使用演示：

　　

/**
     *  串行隊列中的任務會等待正在執行的任務執行結束，排隊執行
     */
    dispatch_queue_t serial_queue = dispatch_queue_create("serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    //主隊列
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    
    /**
     *  並行，不等待正在執行的任務的處理結果，可以並發執行多個任務
     */
    dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    //全局隊列
    dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    //在串行隊列中創建幾個同步任務，在主線程順序執行
    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]);
    });
    
    //在串行隊列中創建幾個異步任務，在主線程順序執行
    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]);
    });
    
    //在串行隊列中創建幾個異步任務，另開1個線程順序執行
    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]);
    });
    
    //在並隊列中創建幾個異步任務，另開多個線程同時執行
    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]);
    });

任務組和柵欄

　　有時候當我們想要為多個任務添加依賴關系的時候，就可以使用任務組dispatch_group和dispatch_barrier。

　　任務組是將若干個任務放在一個group 中，這些任務可以在同一隊列也可以在不同隊列，然後用dispatch_group_notify()和dispatch_group_wait()對任務組中任務的完成進行處理。

1、dispatch_group_notify()中的任務會在group中多有任務執行完畢後執行

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    /**
     *  group中所有任務任務執行完畢後，執行dispatch_group_notify中的任務
     */
    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()中可傳入一個給定時間，如果在等待時間結束前group所有任務執行完畢則返回0，否則返回非0，這個函數是一個同步任務

    /**
     *  dispatch_group_wait給定一個時間，如果在等待時間結束前group所有任務執行完畢則返回0，否則返回非0，這個函數是一個同步任務
     */
    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()來添加任務組的任務，兩者必須要成對出現，兩個函數之間的代碼便是要加入任務住的任務

/**
     *  使用dispatch_group_enter和dispatch_group_leave添加組任務,兩者必須要成對出現
     */
    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");
    });

　　柵欄是將一個隊列中的任務分割成兩部分，在柵欄任務之前添加的任務全部執行完畢後，單獨執行柵欄任務，執行完畢後，再繼續執行後面的任務。柵欄必須單獨執行，不能與其他任務並發執行，因此，柵欄只對並發隊列有意義。柵欄只有等待當前隊列所有並發任務都執行完畢後，才會單獨執行，待其執行完畢，再按照正常的方式繼續向下執行。

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");
    });

重復執行dispatchApply 和 單次執行dispatch_once

　　dispatch_apply()是將一個任務提交到隊列中重復執行，並行或者串行由隊列決定，dispatch_apply會阻塞當前線程，等到所有任務完成後返回

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()確保block內代碼在整個應用運行期間只執行一次

//確保block內代碼在整個應用運行期間只執行一次
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"just run once in application");
    });

線程同步、信號量和線程死鎖　　

　　多線程處理經常需要考慮到資源搶占的問題，比如經典的購票問題，寫數據庫等問題。處理問題的辦法有很多，下面介紹最簡單的兩種做法：加上同步鎖，或者用信號量來解決。

　　同步鎖，每當有線程訪問鎖裡的資源時，會將此部分鎖住，拒絕其他線程訪問。直到占用的線程推出後才解鎖，允許其他資源訪問。

//同步鎖，對block內的代碼加鎖,同一時間內只允許一個線程訪問
    @synchronized(self) {
        NSLog(@"lock");
    };

　　信號量dispatch_semaphore，一開始設置信號的總量，然後用dispatch_semaphore_wait()和dispatch_semaphore_signal()來管理信號量，達到控制線程訪問的目的

//信號量dispatch_semaphore
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    //設置總信號量
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(10);
    for (int i = 0; i<100; i++) {
        //設置等待信號，如果此時信號量大於0，那麼信號量減一並繼續往下執行
        //如果此時信號量小於0，會一直等待，直到超時
        //如果超時返回非零，成功執行返回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);
            //發送信號，讓信號量加一
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    }
    
    dispatch_group_notify(group, concurrent_queue, ^{
        NSLog(@"finish");
    });

　　

　　GCD盡管使用起來非常方便，但是如果使用不當也活造成一些麻煩，下面列舉幾個會造成線程死鎖的場合：

//在並行隊列中，在當前隊列調用dispatch_sync，並傳入當前隊列執行，並不會造成deadlock。dispatch_sync會阻塞當前線程，但是由於隊列是並行執行，所以block中的任務會馬上執行後返回。
- (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");
    });
}


//在串行隊列中，在當前隊列調用dispatch_sync，並傳入當前隊列執行，會造成deadlock。 dispatch_sync會阻塞當前線程，等待block中的任務執行完之後再繼續執行，但是由於隊列是串行執行，block中的任務放在最後，所以永遠沒有機會執行，線程死鎖
- (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");
    });
}

//任務1會阻塞主線程，直到block中執行完畢返回，任務二在主線程添加了了一個同步任務，阻塞當前線程，知道任務執行完畢返回，而任務2沒有機會被執行。造成兩條線程死鎖。
- (void)recycle {
    
    dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    //任務1
    dispatch_sync(concurrent_queue, ^{
        
        NSLog(@"jump to concurrent queue");
        
        //任務2
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
            
            NSLog(@"return main queue");
        });
        
    });
}

總結

　　以上是使用GCD的一些心得，GCD使用起來盡管十分便利，但是在處理一些場景比如取消任務時候會很麻煩，所以實現簡單功能的時候推薦使用GCD，如果功能復雜的話建議使用NSOperation和NSOperationQueue，NSOperationQueue的底層也是由GCD實現的，完全面向對象，所以使用起來更好理解。下次有空講講NSOperation和NSOperationQueue。以上代碼demo地址：https://github.com/GarenChen/GCDDemo

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