Objective-C GCD深入理解

Posted 2021-02-02 yangwenhuan

GCD（Grand Central Dispatch），主要用于多线程编程。它屏蔽了繁琐的线程实现及管理细节，将其交由系统处理。开发者只需要定义任务block（在底层被封装成dispatch_continuation_t结构体），并提交到正确的dispatch queue中。GCD包含dispatch queue和dispatch source。

 

一、dispatch queue是FIFO队列，分为两种：

1、serial（串行），队列中的block同一个时刻只会派发给一个线程，所以要等当前block执行完，才会开始执行下一个block。

2、concurrent（并行），队列中的block同一个时刻可能会派发给多个线程，所以多个block可以同时执行。

3、苹果官方说明：

Serial queues (also known as private dispatch queues) execute one task at a time in the order in which they are added to the queue.
The currently executing task runs on a distinct thread (which can vary from task to task) that is managed by the dispatch queue.

注意：串行队列中不同block可能在不同线程执行！ 

 

二、使用dispatch queue的方法，也分为两种：

1、dispatch_sync（同步），调用dispatch_sync方法的线程会被阻塞，直到block执行结束。在当前线程调用dispatch_sync方法可能会导致死锁！！！

2、dispatch_async（异步），调用dispatch_async方法的线程不会被阻塞。 

NSLog(@"1"); // 死锁，只会输出1
dispatch_sync(currentQueue, ^{
    NSlog(@"2"); // block也提交到当前线程对应的队列        
});
NSlog(@"3");   

死锁的理解：

1、dispatch_sync方法调用和block调用，是当前线程需要处理的两个任务。

2、dispatch_sync方法调用首先提交到队列中。

3、然后block调用提交到队尾，需要等待dispatch_sync方法调用完成。

4、而dispatch_sync方法调用，又需要等到block执行结束才能返回。这就形成了等待环，即死锁。

解决死锁：把block交由另一个线程执行

// 依次输出1、2、3
NSLog(@"1"); 
dispatch_sync(notCurrentQueue, ^{
    NSlog(@"2"); // block提交到另外一个线程对应的队列        
});
NSlog(@"3");   

 

三、创建队列：

dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *_Nullable label, dispatch_queue_attr_t _Nullable attr);
// label：队列的唯一标识，方便调试
// attr：队列类型，NULL或者DISPATCH_QUEUE_SERIAL表示串行，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT表示并行
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.tencent.wechat.file", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.tencent.wechat.network",DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);　　

在MRC下，dispatch_queue_create创建的队列，需要用dispatch_release释放掉。 

 

四、有时候，并不需要开发者创建队列，系统已经提供了两种很好用的队列。

主队列，对应主线程，是个串行队列：

dispatch_queue_t serialMainQueue = dispatch_get_main_queue();

全局队列，是并行队列：

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long identifier, unsigned long flags);
// identifier：队列优先级
// flags：通常填0
dispatch_queue_t globalConcurrentQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

　　

五、dispatch_after用于延迟执行任务：

void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
// 3秒后提交block到主队列，这个时间并不精确，得看当时线程的繁忙程度
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        
});

 

六、dispatch_suspend和dispatch_resume：

1、dispatch_suspend，挂起队列，只会暂停还没执行的任务，已经在执行的任务不会被影响。

2、dispatch_resume，恢复队列，继续调度还没执行的任务。

3、注意，resume一个没有被suspend的队列会导致crash！

 

七、dispatch_once

详见：https://www.cnblogs.com/yangwenhuan/p/9603472.html

 

八、dispatch group

在多个并行block都执行完，这就可以用到dispatch group

 

 

九、dispatch_set_target_queue 

修改优先级

 

十、dispatch_barrier_async

barrier，顾名思义，添加一个障碍，就是就是个同步点。

dispatch_queue_t globalConcurrentQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// blk1, blk2, blk3并行执行
dispatch_async(globalConcurrentQueue, blk1);
dispatch_async(globalConcurrentQueue, blk2);
dispatch_async(globalConcurrentQueue, blk3);
// blk1, blk2, blk3全部执行完，才开始执行blk4
dispatch_barrier_async(globalConcurrentQueue, blk4);
// blk4执行完，才开始并行执行blk5, blk6
dispatch_async(globalConcurrentQueue, blk5);
dispatch_async(globalConcurrentQueue, blk6);

 

十一、dispatch_apply

提交特定数量的block到队列中，并等待全部执行结束。dispatch_apply存在与dispatch_sync一样的死锁问题，因此推荐把dispatch_apply放到dispatch_async中执行。

dispatch_queue_t q = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_apply(10, q, ^(size_t iter) {
    NSLog(@"iteration[%zu]", iter);
});
NSLog(@"done");

输出：
iteration[3]
iteration[2]
iteration[0]
iteration[4]
iteration[1]
iteration[5]
iteration[9]
iteration[8]
iteration[7]
iteration[6]
done // 最后输出一定是这个 

 

十二、dispatch semaphore

dispatch semaphore是信号量的封装，可用于实现线程安全，相比串行队列，粒度更小

// 创建信号量，初始值可以不为1
dispatch_semaphore_t s = dispatch_semaphore_create(1);
// 阻塞等待信号量大于等于1
dispatch_semaphore_wait(s, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 信号量减1，开始执行临界区代码

/* 临界区代码 */

// 临界区代码执行结束，信号量+1，最先等待信号量的线程得到执行
dispatch_semaphore_signal(s);

 

十三、dispatch io

// 获取文件描述符
dispatch_fd_t fd = open(file_path, O_RDWR);
// 创建用于处理dispatch io block的队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(queue_name, NULL);
// 创建dispatch io，绑定文件描述符
dispatch_io_t io = dispatch_io_create(DISPATCH_IO_STREAM, fd, queue, ^(int error) {
    // 异常
    close(fd);
});
// 设置一次最多读取的字节数
dispatch_io_set_high_water(io, size);
// 这里书上说会使用global queue来并发读，但是实践没看出来，懂的同学请多多指教
dispatch_io_read(io, 0, max_size, queue, ^(bool done, dispatch_data_t  _Nullable data, int error) {
    // dispatch_data_t转NSString
    dispatch_data_apply(data, ^bool(dispatch_data_t region, size_t offset, const void *buffer, size_t size) {
        NSString *sData = [[NSString alloc] initWithBytes:buffer length:size encoding: NSUTF8StringEncoding];
        return true;
    });
});

 

十四、dispatch queue VS NSThread, pthread

利用NSThread和pthread也是可以进行多线程编程的，但是

1）需要自己实现线程管理，如分配多少线程、什么时候分配、什么时候销毁等等

2）性能很难比dispatch queue好，因为dispatch queue是基于XNU内核的workqueue实现的（中间还有一层封装是Libc中的pthread_workqueue）

 

十五、dispatch source

dispatch source是内核kqueue的封装。kqueue是一种多路复用技术，用于监听内核的各种事件通知，并做出相应处理。因为利用回调代替轮询，所以kqueue的CPU占用率很小。  

// 创建source
dispatch_source_t dispatch_source_create(dispatch_source_type_t type, uintptr_t handle, unsigned long mask, dispatch_queue_t queue);
// 取消source，已经在执行的handler会继续执行完，还没执行的不再执行
void dispatch_source_cancel(dispatch_source_t source); 
// 事件source发生时，执行handler
void dispatch_source_set_event_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t handler);
// 取消source时，执行handler
void dispatch_source_set_cancel_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t handler);
// 启动source
void dispatch_resume(dispatch_object_t object);

 

十六、dispatch queue和block的持有关系

block持有dispatch queue

 

参考链接：

https://developer.apple.com/library/archive/documentation/General/Conceptual/ConcurrencyProgrammingGuide/OperationQueues/OperationQueues.html