iOS中GCD的使用小結
2015.11.20 09:41*字數 4996閱讀 20199評論 33喜歡 192
本篇博客共分以下幾個模塊來介紹GCD的相關內容:
多線程相關概念
多線程編程技術的優缺點比較？
GCD中的三種隊列類型
The main queue(主線程串行隊列)
Global queue（全局并發隊列)
Custom queue (自定義隊列)
Group queue (隊列組)
GCD中一些系統提供的常用dispatch方法
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多線程相關概念
進程與線程
進程概念： 進程是程序在計算機上的一次執行活動，打開一個app，就開啟了一個進程，可包含多個線程。
線程概念： 獨立執行的代碼段，一個線程同時間只能執行一個任務，反之多線程并發就可以在同一時間執行多個任務。
iOS程序中，主線程（又叫作UI線程）主要任務是處理UI事件，顯示和刷新UI，（只有主線程有直接修改UI的能力）耗時的操作放在子線程（又叫作后臺線程、異步線程）。在iOS中開子線程去處理耗時的操作，可以有效提高程序的執行效率，提高資源利用率。但是開啟線程會占用一定的內存，（主線程的堆棧大小是1M，第二個線程開始都是512KB，并且該值不能通過編譯器開關或線程API函數來更改）降低程序的性能。所以一般不要同時開很多線程。
線程相關
同步線程：同步線程會阻塞當前線程去執行線程內的任務，執行完之后才會反回當前線程。
異步線程：異步線程不會阻塞當前線程，會開啟其他線程去執行線程內的任務。
串行隊列：線程任務按先后順序逐個執行（需要等待隊列里面前面的任務執行完之后再執行新的任務）。
并發隊列：多個任務按添加順序一起開始執行（不用等待前面的任務執行完再執行新的任務），但是添加間隔往往忽略不計，所以看著像是一起執行的。
并發VS并行：并行是基于多核設備的，并行一定是并發，并發不一定是并行。
多線程中會出現的問題
Critical Section（臨界代碼段）
指的是不能同時被兩個線程訪問的代碼段，比如一個變量，被并發進程訪問后可能會改變變量值，造成數據污染（數據共享問題）。
Race Condition (競態條件)
當多個線程同時訪問共享的數據時，會發生爭用情形，第一個線程讀取改變了一個變量的值，第二個線程也讀取改變了這個變量的值，兩個線程同時操作了該變量，此時他們會發生競爭來看哪個線程會最后寫入這個變量，最后被寫入的值將會被保留下來。
Deadlock (死鎖)
兩個（多個）線程都要等待對方完成某個操作才能進行下一步，這時就會發生死鎖。
Thread Safe（線程安全）
一段線程安全的代碼（對象），可以同時被多個線程或并發的任務調度，不會產生問題，非線程安全的只能按次序被訪問。
所有Mutable對象都是非線程安全的，所有Immutable對象都是線程安全的，使用Mutable對象，一定要用同步鎖來同步訪問（@synchronized）。
互斥鎖：能夠防止多線程搶奪造成的數據安全問題，但是需要消耗大量的資源
原子屬性（atomic）加鎖
atomic: 原子屬性，為setter方法加鎖，將屬性以atomic的形式來聲明，該屬性變量就能支持互斥鎖了。
nonatomic: 非原子屬性，不會為setter方法加鎖，聲明為該屬性的變量，客戶端應盡量避免多線程爭奪同一資源。
Context Switch （上下文切換）
當一個進程中有多個線程來回切換時，context switch用來記錄執行狀態，這樣的進程和一般的多線程進程沒有太大差別，但會產生一些額外的開銷。
多線程編程技術的優缺點比較
NSThread (抽象層次：低)
優點：輕量級，簡單易用，可以直接操作線程對象
缺點: 需要自己管理線程的生命周期，線程同步。線程同步對數據的加鎖會有一定的系統開銷。
Cocoa NSOperation? (抽象層次：中)
優點：不需要關心線程管理，數據同步的事情，可以把精力放在學要執行的操作上。基于GCD，是對GCD 的封裝，比GCD更加面向對象
缺點: NSOperation是個抽象類，使用它必須使用它的子類，可以實現它或者使用它定義好的兩個子類NSInvocationOperation、NSBlockOperation.
GCD 全稱Grand Center Dispatch (抽象層次：高)
優點：是 Apple 開發的一個多核編程的解決方法，簡單易用，效率高，速度快，基于C語言，更底層更高效，并且不是Cocoa框架的一部分，自動管理線程生命周期（創建線程、調度任務、銷毀線程）。
缺點: 使用GCD的場景如果很復雜，就有非常大的可能遇到死鎖問題。
GCD抽象層次最高，使用也簡單，因此，蘋果也推薦使用GCD
GCD中的三種隊列類型
GCD編程的核心就是dispatch隊列，dispatch block的執行最終都會放進某個隊列中去進行。
The main queue（主線程串行隊列): 與主線程功能相同，提交至Main queue的任務會在主線程中執行，
Main queue 可以通過dispatch_get_main_queue()來獲取。
Global queue（全局并發隊列): 全局并發隊列由整個進程共享，有高、中（默認）、低、后臺四個優先級別。
Global queue 可以通過調用dispatch_get_global_queue函數來獲取（可以設置優先級）
Custom queue (自定義隊列): 可以為串行，也可以為并發。
Custom queue 可以通過dispatch_queue_create()來獲取；
Group queue (隊列組)：將多線程進行分組，最大的好處是可獲知所有線程的完成情況。
Group queue 可以通過調用dispatch_group_create()來獲取，通過dispatch_group_notify,可以直接監聽組里所有線程完成情況。
gcd中相關函數的使用一般都是以dispatch開頭
The main queue(主線程串行隊列)
dispatch_sync 同步執行任務函數，不會開啟新的線程，dispatch_async 異步執行任務函數，會開啟新的線程
獲取主線程串行隊列
dispatch_queue_tmainQueue = dispatch_get_main_queue();
主線程串行隊列同步執行任務，在主線程運行時，會產生死鎖
dispatch_queue_tmainQueue = dispatch_get_main_queue();dispatch_sync(mainQueue,^{NSLog("MainQueue");? ? ? ? ? ? });
程序一直處于等待狀態，block中的代碼將執行不到
主線程串行隊列異步執行任務，在主線程運行，不會產生死鎖。
dispatch_queue_tmainQueue = dispatch_get_main_queue();dispatch_async(mainQueue,^{NSLog("MainQueue");? ? ? ? ? ? });
程序正常運行，block中的代碼正常運行
從子線程，異步返回主線程更新UI<這種使用方式比較多>
dispatch_queue_tglobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);dispatch_async(globalQueue, ^{//子線程異步執行下載任務，防止主線程卡頓NSURL*url = [NSURLURLWithString:@"http://www.baidu.com"];NSError*error;NSString*htmlData = [NSStringstringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncodingerror:&error];if(htmlData !=nil) {dispatch_queue_tmainQueue = dispatch_get_main_queue();//異步返回主線程，根據獲取的數據，更新UIdispatch_async(mainQueue, ^{NSLog(@"根據更新UI界面");? ? ? ? });? ? }else{NSLog(@"error when download:%@",error);? ? }});
主線程串行隊列由系統默認生成的，所以無法調用dispatch_resume()和dispatch_suspend()來控制執行繼續或中斷。
Global queue（全局并發隊列)
耗時的操作，比如讀取網絡數據，IO,數據庫讀寫等，我們會在另外一個線程中處理這些操作，然后通知主線程更新界面
獲取全局并發隊列
//程序默認的隊列級別，一般不要修改,DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT == 0dispatch_queue_tglobalQueue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);//HIGHdispatch_queue_tglobalQueue2 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0);//LOWdispatch_queue_tglobalQueue3 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,0);//BACKGROUNDdispatch_queue_tglobalQueue4 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND,0);
全局并發隊列同步執行任務，在主線程執行會導致頁面卡頓。
dispatch_queue_tglobalQueue = 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");
控制臺輸出如下：
2015-11-1815:51:45.550Whisper[33152:345023] current task2015-11-1815:51:47.552Whisper[33152:345023] sleep2.0s2015-11-1815:51:47.552Whisper[33152:345023] next task
2s鐘之后，才會執行block代碼段下面的代碼。
全局并發隊列異步執行任務，在主線程運行，會開啟新的子線程去執行任務，頁面不會卡頓。
dispatch_queue_tglobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);NSLog(@"current task");dispatch_async(globalQueue, ^{? ? sleep(2.0);NSLog(@"sleep 2.0s");});NSLog(@"next task");
控制臺輸出如下:
2015-11-1815:50:14.999Whisper[33073:343781] current task2015-11-1815:50:15.000Whisper[33073:343781] next task2015-11-1815:50:17.004Whisper[33073:343841] sleep2.0s
主線程不用等待2s鐘，繼續執行block代碼段后面的代碼。
多個全局并發隊列，異步執行任務。
dispatch_queue_tglobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);NSLog(@"current task");dispatch_async(globalQueue, ^{NSLog(@"最先加入全局并發隊列");});dispatch_async(globalQueue, ^{NSLog(@"次加入全局并發隊列");});NSLog(@"next task");
控制臺輸出如下:
2015-11-1816:54:52.202Whisper[39827:403208] current task2015-11-1816:54:52.203Whisper[39827:403208] next task2015-11-1816:54:52.205Whisper[39827:403309] 最先加入全局并發隊列2015-11-1816:54:52.205Whisper[39827:403291] 次加入全局并發隊列
異步線程的執行順序是不確定的。幾乎同步開始執行
全局并發隊列由系統默認生成的，所以無法調用dispatch_resume()和dispatch_suspend()來控制執行繼續或中斷。
Custom queue (自定義隊列)
自定義串行隊列
獲取自定義串行隊列
dispatch_queue_tserialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);NSLog(@"%s",dispatch_queue_get_label(conCurrentQueue)) ;
控制臺輸出：
2015-11-1911:05:34.469Whisper[1223:42960] com.dullgrass.serialQueue
dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t
attr)函數中第一個參數是給這個queue起的標識，這個在調試的可以看到是哪個隊列在執行，或者在crash日志中，也能做為提示。第二個是需要創建的隊列類型，是串行的還是并發的
自定義串行隊列同步執行任務
dispatch_queue_tserialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);NSLog(@"current task");dispatch_sync(serialQueue, ^{NSLog(@"最先加入自定義串行隊列");sleep(2);});dispatch_sync(serialQueue, ^{NSLog(@"次加入自定義串行隊列");});NSLog(@"next task");
控制臺輸出：
2015-11-1817:09:40.025Whisper[40241:416296] current task2015-11-1817:09:40.027Whisper[40241:416296] 最先加入自定義串行隊列2015-11-1817:09:43.027Whisper[40241:416296] 次加入自定義串行隊列2015-11-1817:09:43.027Whisper[40241:416296] next task
當前線程等待串行隊列中的子線程執行完成之后再執行，串行隊列中先進來的子線程先執行任務，執行完成后，再執行隊列中后面的任務。
自定義串行隊列嵌套執行同步任務，產生死鎖
dispatch_queue_tserialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);dispatch_sync(serialQueue, ^{//該代碼段后面的代碼都不會執行，程序被鎖定在這里NSLog(@"會執行的代碼");dispatch_sync(serialQueue, ^{NSLog(@"代碼不執行");});});
異步執行串行隊列，嵌套同步執行串行隊列，同步執行的串行隊列中的任務將不會被執行，其他程序正常執行
dispatch_queue_tserialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);dispatch_async(serialQueue, ^{NSLog(@"會執行的代碼");dispatch_sync(serialQueue, ^{NSLog(@"代碼不執行");});});
注意不要嵌套使用同步執行的串行隊列任務
自定義并發隊列
獲取自定義并發隊列
dispatch_queue_tconCurrentQueue =? dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
自定義并發隊列執行同步任務
dispatch_queue_tconCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);NSLog(@"current task");dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{NSLog(@"先加入隊列");});dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{NSLog(@"次加入隊列");});NSLog(@"next task");
控制臺輸出如下：
2015-11-1910:36:23.259Whisper[827:20596] current task2015-11-1910:36:23.261Whisper[827:20596] 先加入隊列2015-11-1910:36:23.261Whisper[827:20596] 次加入隊列2015-11-1910:36:23.261Whisper[827:20596] next task
自定義并發隊列嵌套執行同步任務（不會產生死鎖，程序正常運行）
dispatch_queue_tconCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);NSLog(@"current task");dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{NSLog(@"先加入隊列");dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{NSLog(@"次加入隊列");? ? });});NSLog(@"next task");
控制臺輸出如下：
2015-11-1910:39:21.301Whisper[898:22273] current task2015-11-1910:39:21.303Whisper[898:22273] 先加入隊列2015-11-1910:39:21.303Whisper[898:22273] 次加入隊列2015-11-1910:39:21.303Whisper[898:22273] next task
自定義并發隊列執行異步任務
dispatch_queue_tconCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);NSLog(@"current task");dispatch_async(conCurrentQueue, ^{NSLog(@"先加入隊列");});dispatch_async(conCurrentQueue, ^{NSLog(@"次加入隊列");});NSLog(@"next task");
控制臺輸出如下：
2015-11-1910:45:22.290Whisper[1050:26445] current task2015-11-1910:45:22.290Whisper[1050:26445] next task2015-11-1910:45:22.290Whisper[1050:26505] 次加入隊列2015-11-1910:45:22.290Whisper[1050:26500] 先加入隊列
異步執行任務，開啟新的子線程，不影響當前線程任務的執行，并發隊列中的任務，幾乎是同步執行的，輸出順序不確定
Group queue (隊列組)
當遇到需要執行多個線程并發執行，然后等多個線程都結束之后，再匯總執行結果時可以用group queue
使用場景： 同時下載多個圖片，所有圖片下載完成之后去更新UI（需要回到主線程）或者去處理其他任務（可以是其他線程隊列）。
原理：使用函數dispatch_group_create創建dispatch
group,然后使用函數dispatch_group_async來將要執行的block任務提交到一個dispatch
queue。同時將他們添加到一個組，等要執行的block任務全部執行完成之后，使用dispatch_group_notify函數接收完成時的消息。
使用示例:
dispatch_queue_tconCurrentGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);dispatch_queue_tmainQueue = dispatch_get_main_queue();dispatch_group_t groupQueue = dispatch_group_create();NSLog(@"current task");dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{NSLog(@"并行任務1");});dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{NSLog(@"并行任務2");});dispatch_group_notify(groupQueue, mainQueue, ^{NSLog(@"groupQueue中的任務 都執行完成,回到主線程更新UI");});NSLog(@"next task");
控制臺輸出:
2015-11-1913:47:55.117Whisper[1645:97116] current task2015-11-1913:47:55.117Whisper[1645:97116] next task2015-11-1913:47:55.119Whisper[1645:97178] 并行任務12015-11-1913:47:55.119Whisper[1645:97227] 并行任務22015-11-1913:47:55.171Whisper[1645:97116] groupQueue中的任務 都執行完成,回到主線程更新UI
在當前線程阻塞的同步等待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_tconCurrentGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);NSLog(@"current task");dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{longisExecuteOver = dispatch_group_wait(groupQueue, delayTime);if(isExecuteOver) {NSLog(@"wait over");? }else{NSLog(@"not over");? }NSLog(@"并行任務1");});dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{NSLog(@"并行任務2");});
控制臺輸出如下：
2015-11-1914:37:29.514Whisper[2426:126683] current task2015-11-1914:37:29.518Whisper[2426:126791] 并行任務22015-11-1914:37:39.515Whisper[2426:126733] wait over2015-11-1914:37:39.516Whisper[2426:126733] 并行任務1
dispatch_time(dispatch_time_t when, int64_t delta);
參數注釋：
第一個參數一般是DISPATCH_TIME_NOW，表示從現在開始
第二個參數是延時的具體時間
延時1秒可以寫成如下幾種：
NSEC_PER_SEC----每秒有多少納秒
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1*NSEC_PER_SEC);
USEC_PER_SEC----每秒有多少毫秒（注意是指在納秒的基礎上）
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1000*USEC_PER_SEC); //SEC---毫秒
NSEC_PER_USEC----每毫秒有多少納秒。
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, USEC_PER_SEC*NSEC_PER_USEC);SEC---納秒
GCD中一些系統提供的常用dispatch方法
dispatch_after延時添加到隊列
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_tmainQueue = dispatch_get_main_queue();NSLog(@"current task");dispatch_after(delayTime3, mainQueue, ^{NSLog(@"3秒之后添加到隊列");});dispatch_after(delayTime2, mainQueue, ^{NSLog(@"2秒之后添加到隊列");});NSLog(@"next task");
控制臺輸出如下：
2015-11-1915:50:19.369Whisper[2725:172593] current task2015-11-1915:50:19.370Whisper[2725:172593] next task2015-11-1915:50:21.369Whisper[2725:172593]2秒之后添加到隊列2015-11-1915:50:22.654Whisper[2725:172593]3秒之后添加到隊列
dispatch_after只是延時提交block，并不是延時后立即執行，并不能做到精確控制，需要精確控制的朋友慎用哦
dispatch_apply在給定的隊列上多次執行某一任務，在主線程直接調用會阻塞主線程去執行block中的任務。
dispatch_apply函數的功能：把一項任務提交到隊列中多次執行，隊列可以是串行也可以是并行，dispatch_apply不會立刻返回，在執行完block中的任務后才會返回，是同步執行的函數。
dispatch_apply正確使用方法：為了不阻塞主線程，一般把dispatch_apply放在異步隊列中調用，然后執行完成后通知主線程
使用示例:
dispatch_queue_tglobalQueue = dispatch_get_global_queue(0,0);NSLog(@"current task");dispatch_async(globalQueue, ^{dispatch_queue_tapplyQueue = dispatch_get_global_queue(0,0);//第一個參數，3--block執行的次數//第二個參數，applyQueue--block任務提交到的隊列//第三個參數，block--需要重復執行的任務dispatch_apply(3, applyQueue, ^(size_t index) {NSLog(@"current index %@",@(index));? ? ? sleep(1);});NSLog(@"dispatch_apply 執行完成");dispatch_queue_tmainQueue = dispatch_get_main_queue();dispatch_async(mainQueue, ^{NSLog(@"回到主線程更新UI");});});NSLog(@"next task");
控制臺輸出如下：
2015-11-1916:24:45.015Whisper[4034:202269] current task2015-11-1916:24:45.016Whisper[4034:202269] next task2015-11-1916:24:45.016Whisper[4034:202347] current index02015-11-1916:24:45.016Whisper[4034:202344] current index12015-11-1916:24:45.016Whisper[4034:202345] current index22015-11-1916:24:46.021Whisper[4034:202347] dispatch_apply 執行完成2015-11-1916:24:46.021Whisper[4034:202269] 回到主線程更新UI
嵌套使用dispatch_apply會導致死鎖。
dispatch_once保證在app運行期間，block中的代碼只執行一次
經典使用場景－－－單例
單例對象ShareManager的定義：
ShareManager的.h文件#import@interfaceShareManager:NSObject@property(nonatomic,copy)NSString*someProperty;+ (ShareManager *)shareManager;+ (ShareManager *)sharedManager;@endShareManager的.m文件#import"ShareManager.h"@implementationShareManagerstaticShareManager *sharedManager =nil;//GCD實現單例功能+ (ShareManager *)shareManager{staticdispatch_once_tonceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{? ? sharedManager = [[selfalloc] init]; });returnsharedManager;}//在ARC下，非GCD，實現單例功能+ (ShareManager *)sharedManager{@synchronized(self) {if(!sharedManager) {? ? ? ? sharedManager = [[selfalloc] init];? ? } }returnsharedManager;}- (instancetype)init{self= [superinit];if(self) {? ? ? _someProperty =@"Default Property Value"; }returnself;}@endShareManager的使用#import"ShareManager.h"在需要使用的函數中，直接調用下面的方法ShareManager *share = [ShareManager sharedManager];NSLog(@"share is %@",share.someProperty);
dispatch_barrier_async 柵欄的作用
功能：是在并行隊列中，等待在dispatch_barrier_async之前加入的隊列全部執行完成之后（這些任務是并發執行的）再執行dispatch_barrier_async中的任務，dispatch_barrier_async中的任務執行完成之后，再去執行在dispatch_barrier_async之后加入到隊列中的任務（這些任務是并發執行的）。
使用示例:
dispatch_queue_tconCurrentQueue = 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");});
控制臺輸出如下:
2015-11-1918:12:34.125Whisper[22633:297257] dispatch12015-11-1918:12:34.125Whisper[22633:297258] dispatch22015-11-1918:12:34.126Whisper[22633:297258] dispatch barrier2015-11-1918:12:34.127Whisper[22633:297258] dispatch32015-11-1918:12:34.127Whisper[22633:297257] dispatch4
