iOS开发之GCD

一、GCD基本概念

GCD :Grand Central Dispatch(中心调度)是 Apple 开发的一个多核编程的较新的解决方法。它主要用于优化应用程序以支持多核处理器以及其他对称多处理系统。它是一个在线程池模式的基础上执行的并发任务。在 Mac OS X 10.6 雪豹中首次推出，也可在 iOS 4 及以上版本使用。

使用GCD的好处

• GCD 可用于多核的并行运算；
• GCD 会自动利用更多的 CPU 内核（比如双核、四核）；
• GCD 会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）；
• 程序员只需要告诉 GCD 想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码。

二、GCD的任务和队列

任务和队列是GCD的两个重要概念。

任务：执行什么操作（block）

就是执行操作的意思，换句话说就是你在线程中执行的那段代码。在 GCD 中是放在 block 中的。执行任务有两种方式：同步执行（sync）和异步执行（async）。两者的主要区别是：是否等待队列的任务执行结束，以及是否具备开启新线程的能力。

• 同步执行（sync）：
  • 同步添加任务到指定的队列中，在添加的任务执行结束之前，会一直等待，直到队列里面的任务完成之后再继续执行。
  • 只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。
• 异步执行（async）：
  • 异步添加任务到指定的队列中，它不会做任何等待，可以继续执行任务。
  • 可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。

队列：用来存放任务（queue）

这里的队列指执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列。队列是一种特殊的线性表，采用 FIFO（先进先出）的原则，即新任务总是被插入到队列的末尾，而读取任务的时候总是从队列的头部开始读取。每读取一个任务，则从队列中释放一个任务。队列的结构可参考下图：

在 GCD 中有两种队列：『串行队列』 和 『并发队列』。两者都符合 FIFO（先进先出）的原则。两者的主要区别是：执行顺序不同，以及开启线程数不同。

• 串行队列（Serial Dispatch Queue）：
  • 每次只有一个任务被执行。让任务一个接着一个地执行。（只开启一个线程，一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）
• 并发队列（Concurrent Dispatch Queue）：
  • 可以让多个任务并发（同时）执行。（可以开启多个线程，并且同时执行任务）

注意：并发队列 的并发功能只有在异步（dispatch_async）方法下才有效。

两者具体区别如下两图所示：

串行队列（Serial Dispatch Queue）.png

 

GCD的使用就两个步骤
1）定制任务确定想做的事情
2）将任务添加到队列中
GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行
任务的取出（任务的执行）遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出

 

三、GCD的任务和队列

可以使用 dispatch_queue_create 方法来创建队列。该方法需要传入两个参数：

1.第一个参数表示队列的唯一标识符，用于 DEBUG，可为空。队列的名称推荐使用应用程序 ID 这种逆序全程域名。

2.第二个参数用来识别是串行队列还是并发队列。DISPATCH_QUEUE_SERIAL 表示串行队列，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 表示并发队列。

    //创建串行队列
    dispatch_queue_t SerialQueue = dispatch_queue_create(nil, DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    //创建并行队列
    dispatch_queue_t ConcurrentQueue = dispatch_queue_create(nil, DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

对于串行队列，GCD 默认提供了：『主队列（Main Dispatch Queue）』。

1.所有放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行。

2.可使用 dispatch_get_main_queue() 方法获得主队列。

注意：主队列其实并不特殊。 主队列的实质上就是一个普通的串行队列，只是因为默认情况下，当前代码是放在主队列中的，然后主队列中的代码，有都会放到主线程中去执行，所以才造成了主队列特殊的现象。

// 主队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

对于并发队列，GCD 默认提供了 『全局并发队列（Global Dispatch Queue）』。

可以使用 dispatch_get_global_queue 方法来获取全局并发队列。需要传入两个参数。第一个参数表示队列优先级，一般用 DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT。第二个参数暂时没用，用 0 即可。

// 全局并发队列的获取方法

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

四、GCD线程间的通信

1.在 iOS 开发过程中，我们一般在主线程里边进行 UI 刷新，例如：点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程，比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时，需要回到主线程，那么就用到了线程之间的通讯。

/**
 * 线程间通信
 */
- (void)communication {
    // 获取全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    // 获取主队列
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 异步追加任务 1
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
        NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
        // 回到主线程
        dispatch_async(mainQueue, ^{
            // 追加在主线程中执行的任务
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        });
    });
}
2.GCD 栅栏方法：dispatch_barrier_async

我们有时需要异步执行两组操作，而且第一组操作执行完之后，才能开始执行第二组操作。这样我们就需要一个相当于 栅栏 一样的一个方法将两组异步执行的操作组给分割起来，当然这里的操作组里可以包含一个或多个任务。这就需要用到dispatch_barrier_async 方法在两个操作组间形成栅栏。
dispatch_barrier_async 方法会等待前边追加到并发队列中的任务全部执行完毕之后，再将指定的任务追加到该异步队列中。然后在 dispatch_barrier_async 方法追加的任务执行完毕之后，异步队列才恢复为一般动作，接着追加任务到该异步队列并开始执行。具体如下图所示：

dispatch_barrier_async.png

/**
 * 栅栏方法 dispatch_barrier_async
 */
- (void)barrier {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务 1
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
        NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务 2
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
        NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
    });
    
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        // 追加任务 barrier
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
        NSLog(@"barrier---%@",[NSThread currentThread]);// 打印当前线程
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务 3
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
        NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务 4
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
        NSLog(@"4---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
    });
}
3.GCD 延时执行方法：dispatch_after

我们经常会遇到这样的需求：在指定时间（例如 3 秒）之后执行某个任务。可以用 GCD 的dispatch_after 方法来实现。
需要注意的是：dispatch_after 方法并不是在指定时间之后才开始执行处理，而是在指定时间之后将任务追加到主队列中。严格来说，这个时间并不是绝对准确的，但想要大致延迟执行任务，dispatch_after 方法是很有效的。

/**
 * 延时执行方法 dispatch_after
 */
- (void)after {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"asyncMain---begin");
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 2.0 秒后异步追加任务代码到主队列，并开始执行
        NSLog(@"after---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    });
}
4.GCD 一次性代码（只执行一次）：dispatch_once

我们在创建单例、或者有整个程序运行过程中只执行一次的代码时，我们就用到了 GCD 的 dispatch_once 方法。使用 dispatch_once 方法能保证某段代码在程序运行过程中只被执行 1 次，并且即使在多线程的环境下，dispatch_once 也可以保证线程安全。

/**
 * 一次性代码（只执行一次）dispatch_once
 */
- (void)once {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        // 只执行 1 次的代码（这里面默认是线程安全的）
    });
}
5.其他方法：
1.dispatch_apply
2.dispatch_group
3.dispatch_group_notify
4.dispatch_group_wait
5.dispatch_group_enter、dispatch_group_leave
6.dispatch_semaphore
7.Dispatch Semaphore 线程同步
8.Dispatch Semaphore 线程安全和线程同步（为线程加锁）
9.非线程安全（不使用 semaphore）
10.线程安全（使用 semaphore 加锁）