iOS多线程开发之离不开的GCD（上篇）

Posted 2020-09-26 贝壳哒灰机

 

总纲：

• GCD基本概念
• GCD如何实现
• GCD如何使用
• 队列和任务组合

 

一、GCD基本概念

     GCD 全称Grand Central Dispatch(大中枢队列调度)，是一套低层API,提供了⼀种新的方法来进⾏并发程序编写。从基本功能上讲，GCD有点像NSOperationQueue，他们都允许程序将任务切分为多个单一任务，然后提交⾄⼯作队列来并发的或者串⾏的执行。GCD是C实现，⽐NSOpertionQueue更底层更高效，并且它不是Cocoa框架的一部分 并发任务会像NSOperationQueue那样基于系统负载来合适地并发进⾏，而串⾏行队列同一时间只执行单一任务，GCD的API很大程度上基于block。

    GCD并发编程的主要好处归纳

• 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如何实现

     GCD主要由队列和任务两部分来实现，苹果官方对GCD是这样说明的：开发者要做的只是定义想执行的任务并追加到适当的Dispatch Queue中。Dispatch Queue是执行处理的等待队列，我们可以通过dispatch_async等API，在block语法中记述想要执行的处理并将其追加到Dispatch Queue中，Dispatch Queue是按照追加的顺序进行处理（先进先出FIFO）。

     多线程执行过程就是把任务放在队列中去执行的过程。那么在这里我们首先回顾一下基本概念：

   （一）进程／线程、任务／队列

     

 

       

 

 

 

 

 

 

 

   （二）同步/异步、并发／并行

    并发不一定等于并行

 （三）异步/同步任务 & 并行/串行队列的特点

  

     综上所述，ios多线程编程使用GCD的最优原则是能不在阻碍主线程（又叫作UI线程）的情况下，开启新的线程（子线程）去处理耗时的操作，以便有效提高程序的执行效率和资源利用率，但是同时开启多个子线程也会引发许多其他的问题，如资源竞争、死锁、内存损耗等，所以要注意，这篇文章只是介绍GCD的使用，因此可能产生的问题我将会在这个系列后续篇章做介绍。

     GCD并发编程产生的作用归纳（考虑线程安全，不死锁的情况下效果）：

• 能开启新的线程（子线程）

• 多个任务可以同时进行

• 不会阻塞主线程（又叫作UI线程）影响UI事件

 

三、GCD如何使用

    开发者要做的只是定义想执行的任务并追加到适当的队列（Dispatch Queue）中   

    1、创建队列（Dispatch Queue）

    第一种：通过GCD的API的dispatch_queue_create函数生成Dispatch Queue

// 创建串行队列
dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

// 创建并发队列
dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

 

    另外需要注意的点是：虽然有ARC编译器自动管理内存这一优秀技术，但生成的Dispatch Queue必须由程序员主动释放。

// 释放
dispatch_release(exampleSerialDispatchQueue) 

// 持有
dispatch_retain(exampleSerialDispatchQueue) 

 

    第二种：直接使用系统提供的标准Dispatch Queue ：Main Dispatch Queue和Global Dispatch Queue

  （1）Main Dispatch Queue：主线程中执行的Dispatch Queue，也就是Serial Dispatch Queue（串行队列），可以通过dispatch_get_main_queue()来获取。       

dispatch_queue_t   mainDispatchQueue = dispath_get_main_queue();

    (2)  Global Dispatch Queue: 全局并发队列（Concurrent Dispatch Queue），GCD默认提供了全局的并发队列，可以通过dispatch_get_global_queue()获取。

// 高优先级
dispatch_queue_t globalDispatchQueueHigh = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0)  

// 默认优先级
dispatch_queue_t globalDispatchQueueDefault = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0) 

// 低优先级
dispatch_queue_t globalDispatchQueueLow = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,0)  

// 后台优先级
dispatch_queue_t globalDispatchQueueBackgroud = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_GACKGROUND,0)  

     一般来说，主线程（又叫做UI线程）主要处理UI事件，耗时操作（如I/O，数据库访问，网络资源加载等）则放在子线程中，等子线程操作完成后再回到主线程进行UI刷新，以下例举使用Main Dispatch Queue和Global Dispatch Queue的源码：

 

- (void)testMainGlobalDispatchQueue{

    
    // 创建全局并发队列，默认优先级
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
       
        // 可并行处理的任务（耗时操作）代码放在这里
        
        
        // 获取主线程，处理UI事件
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
           
            // UI事件
            
        });
        
    });
}

 

    2、创建任务

// 同步执行任务创建方法
dispatch_sync(queue, ^{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);    // 这里放任务代码
});

// 异步执行任务创建方法
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);    // 这里放任务代码
});

 

四、队列任务组合 

根据（二）中描述，GCD由队列和任务两部分组成，队列分为串行队列、并行队列、主队列，任务可分为同步和异步任务，这样可将队列与任务组合如下：

 

1、并行队列 & 异步执行

- (void) asyncConcurrentTask
{
    NSLog(@"asyncConcurrentTask---start");

    dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task1------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task2------%@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task3------%@",[NSThread currentThread]);
    });

    NSLog(@"asyncConcurrentTask---end");
}

 打印结果：

2017-07-02 11:13:10.963 Test[6266:2853210] asyncConcurrentTask---start
2017-07-02 11:13:10.963 Test[6266:2853210] asyncConcurrentTask---end
2017-07-02 11:13:10.963 Test[6266:2854044] Task3------<NSThread: 0x60800007cdc0>{number = 5, name = (null)}
2017-07-02 11:13:10.963 Test[6266:2854059] Task2------<NSThread: 0x60800007d1c0>{number = 4, name = (null)}
2017-07-02 11:13:10.963 Test[6266:2854041] Task1------<NSThread: 0x600000074e80>{number = 3, name = (null)}

  结论：

   (1) 开启了新线程

   (2) 任务之间不需要排队，且具有同时被执行的权利

 

2、并行队列 & 同步执行

- (void)syncConcurrentTask
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.beck.wang.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
 
   NSLog(@"syncConcurrentTask---start---");
    
   dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);
    });

    NSLog(@"syncConcurrentTask---end---");
}

 打印结果：

2017-07-02 11:25:04.725 Test[6385:2940867] syncConcurrentTask---start---
2017-07-02 11:25:04.725 Test[6385:2940867] Task1---<NSThread: 0x608000067540>{number = 1, name = main}
2017-07-02 11:25:04.726 Test[6385:2940867] Task2---<NSThread: 0x608000067540>{number = 1, name = main}
2017-07-02 11:25:04.726 Test[6385:2940867] Task3---<NSThread: 0x608000067540>{number = 1, name = main}
2017-07-02 11:25:04.726 Test[6385:2940867] syncConcurrentTask---end---

  结论：

   (1) 不开启了新线程

   (2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

 

3、串行队列 & 异步执行

- (void)asyncSerialTask
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
 
    NSLog(@"asyncSerialTask---start---");

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"asyncSerialTask---end---");
}

 打印结果：

2017-07-02 11:36:27.068 Test[6557:3008079] asyncSerialTask---start---
2017-07-02 11:36:27.068 Test[6557:3008079] asyncSerialTask---end---
2017-07-02 11:36:27.068 Test[6557:3008342] Task1---<NSThread: 0x600000071e00>{number = 3, name = (null)}
2017-07-02 11:36:27.069 Test[6557:3008342] Task2---<NSThread: 0x600000071e00>{number = 3, name = (null)}
2017-07-02 11:36:27.069 Test[6557:3008342] Task3---<NSThread: 0x600000071e00>{number = 3, name = (null)}

 结论：

   (1) 开启了新线程

   (2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

 

4、串行队列 & 同步执行

- (void)syncSerialTask
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
 
    NSLog(@"syncSerialTask---start---");

    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);
    });

    NSLog(@"syncSerialTask---end---");
}

 打印结果：

2017-07-02 13:17:48.948 Test[7238:3192943] syncSerialTask---start---
2017-07-02 13:17:48.948 Test[7238:3192943] Task1---<NSThread: 0x600000076640>{number = 1, name = main}
2017-07-02 13:17:48.949 Test[7238:3192943] Task2---<NSThread: 0x600000076640>{number = 1, name = main}
2017-07-02 13:17:48.949 Test[7238:3192943] Task3---<NSThread: 0x600000076640>{number = 1, name = main}
2017-07-02 13:17:48.949 Test[7238:3192943] syncSerialTask---end---

结论：

   (1) 不开启了新线程

   (2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

 

5、主队列 & 异步执行

- (void)asyncMainTask
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
 
    NSLog(@"asyncMainTask---start---");

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);
    });

    NSLog(@"asyncMainTask---end---");
}

打印结果：

2017-07-02 13:19:36.828 Test[7272:3206224] asyncMainTask---start---
2017-07-02 13:19:36.828 Test[7272:3206224] asyncMainTask---end---
2017-07-02 13:19:36.834 Test[7272:3206224] Task1---<NSThread: 0x608000072480>{number = 1, name = main}
2017-07-02 13:19:36.834 Test[7272:3206224] Task2---<NSThread: 0x608000072480>{number = 1, name = main}
2017-07-02 13:19:36.834 Test[7272:3206224] Task3---<NSThread: 0x608000072480>{number = 1, name = main}

 结论：

   (1) 不开启了新线程

   (2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

 

6、主队列 & 同步执行

- (void)syncMainTask{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
 
    NSLog(@"syncMainTask---start---");

    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);
    });

    NSLog(@"syncMainTask---end---");
}

 打印结果：

2017-07-02 13:22:31.860 Test[7335:3230988] syncMainTask---start---

结论：

发生死锁，程序崩溃。

 

好了GCD系列的上篇就写到这里，我将在后续系列中详细介绍GCD的队列系列和用法，以及使用GCD可能造成的问题及解决方案，水平有限，有不对的地方还望批评指正！