iOS多線程編程——淺談GCD

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GCD對於iOS開發人員來說肯定不陌生，他和NSThread，NSOperation一起作為iOS開發中主要的三種多線程實現方法，而GCD是最最底層的，所以對於作為一個iOSer，GCD是必須掌握的。

我通過對於以下兩篇文章的閱讀，基本上掌握了GCD的基本使用方法。所以首先感謝兩位作者。

• GCD 深入理解：第一部分
• iOS多線程開發——GCD的使用與多線程開發淺析（二）

一、基本概念

對於新手來說，最常見同時最容易搞混的的莫過於GCD中的一些基本概念了。

1. 並行與並發（Parallelism && Concurrency）

   • 並行：顧名思義就是同時行動，兩個任務在兩個線程（Thread）上進行處理，彼此互不干涉。而究其根本是因為多核進行處理，從而更快的解決任務。（可以類比於兩條水管中同時給遊泳池放水）
   • 並發：顧名思義，同時發生。對於有的效能較差的機子，比如說那些只有單核的裝置，為了讓使用者感覺能夠同時處理多個任務，他就需要通過不斷的切換正在處理的線程，從而實現一種“偽並行”，這樣就防止使用者因為一個任務進行太久而無法進行下一個任務。（可以類比於我用兩個口給遊泳池放水，不過因為只有一根水管，而放水的方向有2個方面，所以需要不斷的切換，從而實現兩邊同時達到需要的水位）
   • 區分如：

2. 串列與並發（Serial && Concurrent）

   • 串列：由於所有任務在一個線程被執行的時候只有一個任務會被執行，所以每個任務都要依賴於先來先處理（FIFO）原則，處理所有得到的內容。
   • 並行：當接收到任務的時候，並行狀態下，他會開啟多個線程，將每個任務都分配到各個線程中，從而使得每個任務都能夠在同一時間被執行。這樣有效減少了所消耗的時間。
   • 區分圖如下：

3. 隊列：就像前面所說，當你告訴電腦你需要執行哪些事情的時候，電腦就會把你告訴他的一件件事情放到自己的隊伍中，很明顯，先告訴他的事情放在前面，後告訴他的事情放在後面，即先進先處理（FIFO）原則處理所有事物，就像排隊一樣。

   • 在GCD中主要的隊列有2種，就是前面提到的：
     
     • 串列隊列
     • 並發隊列
   • 蘋果公司提供給我們的已存在的隊列有5種（不包括後期我們自己添加的內容）
     
     • 主隊列（main queue）：預設情況下所有事情都是在主隊列下進行處理，只要有編碼經驗的人來說，主隊列很明顯是（串列隊列）。
     • 全域調度隊列（Global Dispatch Queues）:預設情況下全域隊列是系統提供的並發隊列的統稱，根據隊列的優先程度不同分為以下幾個（優先度從低到高）：
       
       • background
       • low
       • default
       • high
4. 同步與非同步（synchronization && asynchronous）
   -同步：同步指的是在原來的內容執行完成之後，再執行你下面所需要的任務。
   -非同步：非同步指的是在和原來的內容執行的同時，在另一個地方同時處理新的任務。

二、基本使用

既然學了，那肯定要使用它。那麼我們先類比一個環境：
這個程式裡面只有主隊列，然後你想從網上下載一個圖片，放到你自己的手機裡面，然後使用者就可以對手機裡面的這張圖片進行各種各樣的處理。
但是問題來了：我們都知道下載需要時間，雖然現在已經是4G時代，下載速度很快，但是如果這個圖片很大，那麼他就需要很長的時間來進行等待。而在這段時間內，使用者什麼事情都不能幹，只能默默的乾等著。

這很明顯是一個很差的使用者體驗

那麼既然我們已經知道問題所在，就需要想辦法解決它：

1. 我們需要在使用者等待的時候添加一個動畫效果，告訴他我們正在下載（這個和今天主題無關，我們就不繼續深入瞭解）
2. 將下載任務放到後台（如果仍舊放在前台的話，就算有動畫，動畫效果也不會動）

那麼這個時候就需要非同步隊列的存在了

就像前面的基本概念中所提到的，執行分為同步執行和非同步執行，任務隊列分為串列隊列和並發隊列。所以他們彼此一一結合，總共有4種情況存在，主要的彼此結合的狀態圖如下所示：

單隊列串列隊列，同步執行

代碼如下：

func serialDispatchQueueWithSync() {    let queue = dispatch_queue_create("serialDispatchQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)    print("0")    dispatch_sync(queue) {        print("1")    }    dispatch_sync(queue) {        print("2")    }    dispatch_sync(queue) {        print("3")    }    dispatch_sync(queue) {        print("4")    }    dispatch_sync(queue) {        print("5")    }    print("6")}

運行結果如下：

0123456

串列隊列，非同步執行

代碼如下：

func serialDispatchQueueWithASync() {    let queue = dispatch_queue_create("serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)    print("0")    dispatch_async(queue) {        print("1")    }    dispatch_async(queue) {        print("2")    }    dispatch_async(queue) {        print("3")    }    dispatch_async(queue) {        print("4")    }    dispatch_async(queue) {        print("5")    }    dispatch_async(queue) {        print("6")    }    print("7")}

運行結果如下：

07123456

解釋：因為queue是非同步執行的，即調用dispatch_async函數，所以輸出1 2 3 4 5 6的時候是在另一個線程中的，所以和主線程中的輸出1 7 無關。

並發隊列，同步執行

代碼如下：

func concurrentDispatchsQueueWithSync() {    let queue = dispatch_queue_create("concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)    print("0")    dispatch_sync(queue) {        print("1")        print("12")        print("13")    }    dispatch_sync(queue) {        print("2")        print("22")        print("23")    }    dispatch_sync(queue) {        print("3")        print("32")        print("33")    }    dispatch_sync(queue) {        print("4")        print("42")        print("43")    }    print("5")}

運行結果如下：

0112132222333233442435

並發隊列，非同步執行

代碼如下：

func concurrentDispatchsQueueWithASync() {    let queue = dispatch_queue_create("concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)    print("0")    dispatch_async(queue) {        print("1")        print("12")        print("13")    }    dispatch_async(queue) {        print("2")        print("22")        print("23")    }    dispatch_async(queue) {        print("3")        print("32")        print("33")    }    dispatch_async(queue) {        print("4")        print("42")        print("43")    }    print("5")}

運行結果如下：

071212322134322354233524353

其他常見用法：掛起與恢複

• 線程掛起：dispatch_suspnd()
• 線程恢複：dispatch_resume()

訊號量

由於有的時候（比如說在建立添加數組中的對象的時候），因為不同線程操縱的是同一個對象，所以很容易發生報錯，這個時候需要通過訊號量來對對應的內容進行控制，當訊號量為0的時候，進入等待狀態，不能執行下面的內容；當訊號量為1的時候，可以執行，同時訊號量減一，等到執行完畢，訊號量加一。
- 等待執行dispatch_semaphore_wait()
- 訊號量加一 dispatch_semahore_signal

只執行一次

有的時候，有的東西的建立只能被建立一次（即單例），這個時候就需要用到dispatch_once()
代碼如下：

var token: dispatch_once_t = 0func test() {    dispatch_once(&token) {        println("This is printed only on the first call to test()")    }    println("This is printed for each call to test()")}

關於讀寫問題的解決方案（買票問題）

由於日常編碼的過程中經常會遇到，當你在調用這個這個變數的時候。另一個線程也在調用這個變數（只在並發過程中），如果兩個線程都是在讀取資料，那並沒有什麼問題，但是如果其中一個在寫入，或者兩個都在寫入，那麼就會出現很大問題，所以蘋果官方在GCD中也給我們準備了一個方法，讓我們解決這個問題，那就是dispatch_barrier_async，這個方法讓對的內容在並發過程中加入，從而方便組織內容的修改，從而使得對應的內容只能在當前線程中被進行修改。

常見問題：死結：

let queue = dispatch_get_main_queue()dispatch_async(queue) {     dispatch_sync(queue, {         print("1")    })}

產生原理：因為dispatch_sync()會等到本身結束之後才會在主線程繼續執行接下去的代碼，但是dispatch_sync()這個方法調用的就是主線程，所以午飯等到主線程結束，所以就無法返回，就會卡在這裡。

解釋：由於是並發隊列，所以他會建立多個線程，從而保證每個線程的任務都能夠儘快完成，所以順序有一定的出入。

最後通過兩張動態圖來最後總結單隊列：dispatch_sync

- (void)viewDidLoad{  [super viewDidLoad];  dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{    NSLog(@"First Log");  });  NSLog(@"Second Log");}

1. 主隊列按照預定的順序下來
2. viewDidLoad在主線程進行執行。
3. 直到執行到dispatch_sync
4. 調用dispatch_sync代碼，將block添加到全域隊列中，主隊列掛起。
5. 全域隊列先完成之前存放在全域隊列中的內容。
6. 完成之前的任務後，執行dispatch_sync的block中的內容。
7. 完成block中的任務，主隊列上的任務得以恢複
8. 主隊列繼續執行其他任務。

dispatch_async

- (void)viewDidLoad{  [super viewDidLoad];  dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{    NSLog(@"First Log");  });  NSLog(@"Second Log");}![dispatch_sync](https://camo.githubusercontent.com/2c7cbaf76001a56622e14cf48a8d914d4b5c9df4/687474703a2f2f63646e312e72617977656e6465726c6963682e636f6d2f77702d636f6e74656e742f75706c6f6164732f323031342f30312f64697370617463685f6173796e635f696e5f616374696f6e2e676966)

1. 主隊列一路按順序執行任務——接著是一個執行個體化UIViewController 的任務，其中包含了viewDidLoad。
2. viewDidLoad在主線程執行。
3. 主線程目前在viewDidLoad內，正要到達dispatch_async。
4. dispatch_async Block被添加到一個全域隊列中，將在稍後執行。
5. viewDidLoad在添加dispatch_async到全域隊列後繼續進行，主線程把注意力轉向剩下的任務。同時，全域隊列並發地處理它未完成地任務。記住Block在全域隊列中將按照（FIFO）順序出列，但可以並發執行。
6. 添加到dispatch_async的代碼塊開始執行。
7. dispatch_async Block完成，兩個NSLog語句將它們的輸出放在控制台上。

調度組

既然能夠處理一個個的任務，那麼我們就繼續類比一個環境，當我們需要在網上下載內容的時候（這些內容需要彼此聯絡在一起才能正常使用），這個時候，上面的單隊列就不夠了（或者說如果使用單隊列產生的效果不是時間太長，就是檔案的完整性不夠好）

這個時候我們就需要引入多隊列，當多個內容都處理完成之後，讓系統告訴我們，我們已經完成了以上的下載。可以繼續做下一步事情了。

任務開始

在GCD中，我們可以通過dispatch_group_enter來通知當前任務的開始，而與之相對應的，我們必須在任務完成後，手動通知調度組任務結束（dispatch_group_leave）這樣才能讓調度組知道我們這個任務已經結束。

代碼如下(由於demo中有一個Photo類，所以此處貼上OC代碼)：

dispatch_group_enter(downloadGroup); // 3Photo *photo = [[Photo alloc] initwithURL:url withCompletionBlock:^(UIImage *image, NSError *_error) {    if (_error) {        error = _error;    }dispatch_group_leave(downloadGroup); // 4}];[[PhotoManager sharedManager] addPhoto:photo];

任務提醒

當我們所有的任務都手動通知後，那麼就需要條用提醒來告訴他（我已經完成了所有內容，接下去需要試試哪裡能夠執行了），而提醒方式在GCD中有兩種：

• dispatch_group_wait() + dispatch_async()
• dispatch_group_notify

其他常見用法dispatch_apply()

有的時候需要調用for迴圈來反覆執行，但是當需要執行的代碼量偏大的時候，for的效率比較低，這個時候需要用dispatch_apply()來執行，這樣節省效率，不過當需要執行的代碼量比較小的時候，dispatch_apply()的效率就比較差了。

這個方法的效果和dispatch_sync一樣，所以要注意死結（後面會提到）

iOS多線程編程——淺談GCD