iOS多线程——GCD篇
什么是GCD
GCD是苹果对多线程编程做的一套新的抽象基于C语言层的API,结合Block简化了多线程的操作,使得我们对线程操作能够更加的安全高效。
在GCD出现之前Cocoa框架提供了NSObject类的
performSelectorInBackground:withObject
performSelectorOnMainThread
方法来简化多线程编程技术。
GCD可以解决以下多线程编程中经常出现的问题:
1.数据竞争(比如同时更新一个内存地址)
2.死锁(互相等待)
3.太多线程导致消耗大量内存
在iOS中,如果把需要消耗大量时间的操作放在主线程上面,会妨碍主线程中被称为RunLoop的主循环的执行,从而导致不能更新用户界面、应用程序的画面长时间停滞等问题。
Dispatch Queue
Dispatch Queue是GCD中对于任务的抽象队列(FIFO)执行处理。
queue分为两种,
SERIAL_DISPATCH_QUEUE 等待现在执行中处理结束
CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE 不等待现在执行中处理结束
换句话说也就是 SERIAL_DISPATCH_QUEUE 是串行,CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE是并行。
具体到线程上,就是SERIAL_DISPATCH_QUEUE只会创在一个线程来处理任务序列,而CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE则会创在多个线程,但是具体创建多少个则是有运行的操作系统根据资源决定的。
所以SERIAL_DISPATCH_QUEUE 中处理的代码是有序的,而CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE中则是无序的,但是相对会更高效一点。
API
dispatch_queue_create
用于创建一个任务执行queue
参数列表
const char *label queue的名称,作为该queue的唯一标示,改名会在Xcode和Instruments的调试器中直接作为DispatchQueue名称显示出来
dispatch_queue_attr_t 设定queue的类型,即ConcurrentQueue还是SerialQueue,NULL则默认为SerialQueue
返回值
dispatch_queue_t变量
这里要说一下main_dispatch_queue 和 global_dispatch_queue 这两种系统提供的,
main_queue通过
dispatch_get_main_queue()
global_queue通过
dispatch_get_global_queue(),global等级分为
HIGH、DEFAULT、LOW、BACKGROUND四种
dispatch_async
向指定的queue中添加block操作,异步的执行,屏蔽了多线程的实现细节,自动为我们生成线程执行。
dispatch_after
类似延迟函数,可以指定queue来进行延迟操作
dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3ull * NSEC_PER_SEC); dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"等待3秒"); });
dispatch_group_notify
对于监听queue的执行,当所有任务完成后可以进行回调操作
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"1"); }); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"2"); }); dispatch_group_async(group, queue, ^{ NSLog(@"3"); }); dispatch_group_notify(group, queue, ^{ NSLog(@"finish"); });
对于一系列的block在同一queue中执行,如果是serialQueue是顺序进行的,因此可以在最后一个任务来处理结束操作。但是对于concurrentQueue是并行的,如果想监听完结操作,就要用该方法。
dispatch_group_wait和notify差不多,只不过wait方法可以设置等待时间。如果时间到了还没有结束queue的所有操作,那么接下来还是会继续进行,不过还是可以设定为forever一直等待下去,这样就和notify起到一样的作用。
dispatch_barrier_async
该操作主要是为了防止资源竞争。在concurrentQueue中,所有block无序的按照所创建的线程数量同时进行。如果在concurrentQueue中有两个写入操作,而且他都是读取操作,这时两个写入操作间就会出现资源竞争,而读取操作则会读取脏数据。所以对于在concurrentQueue中不能够与其它操作并行的block就需要使用dispatch_barrier_async方法来防止资源竞争。
dispatch_sync
和dispatch_async不同,dispatch_sync用于线程之间的同步操作,比如说A线程要做一件事必须要放在B线程之后来进行,那么此时就需要用到dispatch_sync。
另外,不能够在某个执行线程中同步自己,这样会造成线程死锁,比如说
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_main_queue(); dispatch_sync(queue1, ^{ NSLog(@"main queue 中同步main queue操作"); }); dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.queue.www", NULL); dispatch_async(queue, ^{ dispatch_sync(queue, ^{ NSLog(@"在新的serial queue中同步serial queue操作"); }); });
所以说使用serial queue的时候一定不要同步自己。
dispatch_apply
dispatch_apply函数是dispatch_sync和dispatch group的关联函数,是用指定的次数将指定的Block追加到指定的Dispatch Queue中,并等待全部处理执行结束,例如
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) { NSLog(@"%ld",index); }); NSLog(@"apply finish"); 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035125] 4 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035244] 2 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035241] 1 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035259] 6 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035243] 0 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035257] 3 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035258] 5 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035260] 7 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035125] 8 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035244] 9 2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035125] apply finish
实际上可以看出来,该函数让主线程和queue进行同步操作,并且等queue中所有线程执行完毕后才继续执行。
dispatch_semaphore
在进行数据处理时,dispatch_barrier_async可以避免这类问题,但是有时需要更加精细的操作。
比如要对数组添加10000个对象,用concurrentQueue添加。我们知道concurrentQueue会生成多个线程,很可能会出现多个线程一起对数组访问的情况,很容易出现问题。我们需要控制一次只让一个线程操作数组,如下:
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1); NSMutableArray *array = [NSMutableArray new]; for (int i = 0 ; i < 10000 ; i++) { dispatch_async(queue, ^{ dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]]; NSLog(@"add %d",i); dispatch_semaphore_signal(semaphore); }); }
这里简单说一下信号量,也就是创建dispatch_semaphore的第二个参数。指定一个信号量,那么当信号量是大于0的时候所有线程都是可访问的。一旦有现成访问信号量会减1,如果信号量为0就会进入等待,知道dispatch_semaphore_signal函数调用来重新恢复信号量。所以基本上可以理解为有几个信号量就能有几个线程并发的访问。
再比如说现在有两个线程一个添加数据一个删除数据,那么就需要两个信号量变量来实现多线程间的协作
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_semaphore_t semaphoreAdd = dispatch_semaphore_create(1); dispatch_semaphore_t semaphoreRemove = dispatch_semaphore_create(0); NSMutableArray *array = [NSMutableArray new]; for (int i = 0 ; i < 2 ; i++) { dispatch_async(queue, ^{ dispatch_semaphore_wait(semaphoreAdd, DISPATCH_TIME_FOREVER); [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]]; NSLog(@"add %lu",[array count]); dispatch_semaphore_signal(semaphoreRemove); }); dispatch_async(queue, ^{ dispatch_semaphore_wait(semaphoreRemove, DISPATCH_TIME_FOREVER); [array removeObject:[NSNumber numberWithInt:i]]; NSLog(@"add %lu",[array count]); dispatch_semaphore_signal(semaphoreAdd); }); }
dispatch_once
dispatch_once用来标记一个操作,只执行一次,该方法一般在生产单例对象使用。如果不用dispatch_once创建单例是不安全的,需要进行加锁处理,但是dispatch_once可以很好地解决这一点。
+(instancetype)sharedInstance { static CustomObject *obj; static dispatch_once_t once; dispatch_once(&once, ^{ obj = [[CustomObject alloc] init]; }); return obj; }