对GCD的一些理解和实践

GCD

　　GCD，全程Grand Central Dispatch，是苹果为了多核并行提出的解决方案。它是使用C语言实现，但是由于用了block来处理回调，所以使用起来十分方便。并且GCD会自动管理线程的生命周期，不需要我们去管理。

任务和队列

　　GCD中有两个重要的概念，任务和队列。

　　1、任务，就是我们想要处理的事情，任务可以分为同步执行和异步执行：

　　同步（sync）：使用dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block) 创建，同步执行任务时会阻塞当前线程等待block执行完毕返回。然后当前线程才会继续执行下去。

　　异步（async）：使用dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block)创建，异步任务不会阻塞当前线程，任务创建后立即返回线程往下执行。

　　2、队列，存放任务，并将任务由先入先出地派发出去。分为串行队列和并行队列：

　　串行队列（Serial queue）：队列中的任务根据创建顺序，先入先出地执行，等待上一个任务执行完毕后，才会执行下一个任务，有严格的执行先后顺序。

　　并行队列（Concurrent queue）：队列会根据先后顺序，将任务派发出去，并行执行。所有的任务几乎都是一起执行的。不过需要注意，GCD 会根据系统资源控制并行的数量，所以如果任务很多，它并不会让所有任务同时执行。有一个表，可以大体说明任务和队列之间的配合使用：

	串行队列	并行队列
同步执行任务	当前线程，一个一个执行	当前线程，一个一个执行
异步执行任务	另开线程，一个一个执行	开很多线程，一起执行

　　下面是任务和队列的使用演示：

　　

/**
     *  串行队列中的任务会等待正在执行的任务执行结束，排队执行
     */
    dispatch_queue_t serial_queue = dispatch_queue_create("serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    //主队列
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    
    /**
     *  并行，不等待正在执行的任务的处理结果，可以并发执行多个任务
     */
    dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    //全局队列
    dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    //在串行队列中创建几个同步任务，在主线程顺序执行
    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]);
    });
    
    //在串行队列中创建几个异步任务，在主线程顺序执行
    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]);
    });
    
    //在串行队列中创建几个异步任务，另开1个线程顺序执行
    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]);
    });
    
    //在并队列中创建几个异步任务，另开多个线程同时执行
    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]);
    });

 

任务组和栅栏

　　有时候当我们想要为多个任务添加依赖关系的时候，就可以使用任务组dispatch_group和dispatch_barrier。

　　任务组是将若干个任务放在一个group 中，这些任务可以在同一队列也可以在不同队列，然后用dispatch_group_notify()和dispatch_group_wait()对任务组中任务的完成进行处理。

1、dispatch_group_notify()中的任务会在group中多有任务执行完毕后执行

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    /**
     *  group中所有任务任务执行完毕后，执行dispatch_group_notify中的任务
     */
    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()中可传入一个给定时间，如果在等待时间结束前group所有任务执行完毕则返回0，否则返回非0，这个函数是一个同步任务

    /**
     *  dispatch_group_wait给定一个时间，如果在等待时间结束前group所有任务执行完毕则返回0，否则返回非0，这个函数是一个同步任务
     */
    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()来添加任务组的任务，两者必须要成对出现，两个函数之间的代码便是要加入任务住的任务

/**
     *  使用dispatch_group_enter和dispatch_group_leave添加组任务,两者必须要成对出现
     */
    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");
    });

 

　　栅栏是将一个队列中的任务分割成两部分，在栅栏任务之前添加的任务全部执行完毕后，单独执行栅栏任务，执行完毕后，再继续执行后面的任务。栅栏必须单独执行，不能与其他任务并发执行，因此，栅栏只对并发队列有意义。栅栏只有等待当前队列所有并发任务都执行完毕后，才会单独执行，待其执行完毕，再按照正常的方式继续向下执行。

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");
    });

 

重复执行dispatchApply 和 单次执行dispatch_once

　　dispatch_apply()是将一个任务提交到队列中重复执行，并行或者串行由队列决定，dispatch_apply会阻塞当前线程，等到所有任务完成后返回

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()确保block内代码在整个应用运行期间只执行一次

//确保block内代码在整个应用运行期间只执行一次
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"just run once in application");
    });

线程同步、信号量和线程死锁　　

　　多线程处理经常需要考虑到资源抢占的问题，比如经典的购票问题，写数据库等问题。处理问题的办法有很多，下面介绍最简单的两种做法：加上同步锁，或者用信号量来解决。

　　同步锁，每当有线程访问锁里的资源时，会将此部分锁住，拒绝其他线程访问。直到占用的线程推出后才解锁，允许其他资源访问。

//同步锁，对block内的代码加锁,同一时间内只允许一个线程访问
    @synchronized(self) {
        NSLog(@"lock");
    };

　　信号量dispatch_semaphore，一开始设置信号的总量，然后用dispatch_semaphore_wait()和dispatch_semaphore_signal()来管理信号量，达到控制线程访问的目的

//信号量dispatch_semaphore
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    //设置总信号量
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(10);
    for (int i = 0; i<100; i++) {
        //设置等待信号，如果此时信号量大于0，那么信号量减一并继续往下执行
        //如果此时信号量小于0，会一直等待，直到超时
        //如果超时返回非零，成功执行返回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);
            //发送信号，让信号量加一
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    }
    
    dispatch_group_notify(group, concurrent_queue, ^{
        NSLog(@"finish");
    });

　　

　　GCD尽管使用起来非常方便，但是如果使用不当也活造成一些麻烦，下面列举几个会造成线程死锁的场合：

//在并行队列中，在当前队列调用dispatch_sync，并传入当前队列执行，并不会造成deadlock。dispatch_sync会阻塞当前线程，但是由于队列是并行执行，所以block中的任务会马上执行后返回。
- (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");
    });
}


//在串行队列中，在当前队列调用dispatch_sync，并传入当前队列执行，会造成deadlock。 dispatch_sync会阻塞当前线程，等待block中的任务执行完之后再继续执行，但是由于队列是串行执行，block中的任务放在最后，所以永远没有机会执行，线程死锁
- (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");
    });
}

//任务1会阻塞主线程，直到block中执行完毕返回，任务二在主线程添加了了一个同步任务，阻塞当前线程，知道任务执行完毕返回，而任务2没有机会被执行。造成两条线程死锁。
- (void)recycle {
    
    dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    //任务1
    dispatch_sync(concurrent_queue, ^{
        
        NSLog(@"jump to concurrent queue");
        
        //任务2
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
            
            NSLog(@"return main queue");
        });
        
    });
}

 

 

总结

　　以上是使用GCD的一些心得，GCD使用起来尽管十分便利，但是在处理一些场景比如取消任务时候会很麻烦，所以实现简单功能的时候推荐使用GCD，如果功能复杂的话建议使用NSOperation和NSOperationQueue，NSOperationQueue的底层也是由GCD实现的，完全面向对象，所以使用起来更好理解。下次有空讲讲NSOperation和NSOperationQueue。以上代码demo地址：https://github.com/GarenChen/GCDDemo