對GCD的一些理解和實踐，GCD理解實踐

對GCD的一些理解和實踐，GCD理解實踐
GCD

　　GCD，全程Grand Central Dispatch，是蘋果為了多核並行提出的解決方案。它是使用C語言實現，但是由於用了block來處理回調，所以使用起來十分方便。並且GCD會自動管理線程的生命週期，不需要我們去管理。

任務和隊列

　　GCD中有兩個重要的概念，任務和隊列。

　　1、任務，就是我們想要處理的事情，任務可以分為同步執行和非同步執行：

　　同步（sync）：使用dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block) 建立，同步執行任務時會阻塞當前線程等待block執行完畢返回。然後當前線程才會繼續執行下去。

　　非同步（async）：使用dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block)建立，非同步任務不會阻塞當前線程，任務建立後立即返回線程往下執行。

　　2、隊列，存放任務，並將任務由先入先出地派發出去。分為串列隊列和並行隊列：

　　串列隊列（Serial queue）：隊列中的任務根據建立順序，先入先出地執行，等待上一個任務執行完畢後，才會執行下一個任務，有嚴格的執行先後順序。

　　並行隊列（Concurrent queue）：隊列會根據先後順序，將任務派發出去，並存執行。所有的任務幾乎都是一起執行的。不過需要注意，GCD 會根據系統資源控制並行的數量，所以如果任務很多，它並不會讓所有任務同時執行。有一個表，可以大體說明任務和隊列之間的配合使用：

	串列隊列	並行隊列
同步執行任務	當前線程，一個一個執行	當前線程，一個一個執行
非同步執行任務	另開線程，一個一個執行	開很多線程，一起執行

　　下面是任務和隊列的使用示範：

　　

/**     *  串列隊列中的任務會等待正在執行的任務執行結束，排隊執行     */    dispatch_queue_t serial_queue = dispatch_queue_create("serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    //主隊列    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();        /**     *  並行，不等待正在執行的任務的處理結果，可以並發執行多個任務     */    dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);        //全域隊列    dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);        //在串列隊列中建立幾個同步任務，在主線程順序執行    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]);    });        //在串列隊列中建立幾個非同步任務，在主線程順序執行    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]);    });        //在串列隊列中建立幾個非同步任務，另開1個線程順序執行    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]);    });        //在並隊列中建立幾個非同步任務，另開多個線程同時執行    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]);    });

 工作群組和柵欄

　　有時候當我們想要為多個任務添加依賴關係的時候，就可以使用工作群組dispatch_group和dispatch_barrier。

　　工作群組是將若干個任務放在一個group 中，這些任務可以在同一隊列也可以在不同隊列，然後用dispatch_group_notify()和dispatch_group_wait()對工作群組中任務的完成進行處理。

1、dispatch_group_notify()中的任務會在group中多有任務執行完畢後執行

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();        /**     *  group中所有任務任務執行完畢後，執行dispatch_group_notify中的任務     */    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()中可傳入一個給定時間，如果在等待時間結束前group所有任務執行完畢則返回0，否則返回非0，這個函數是一個同步任務

    /**     *  dispatch_group_wait給定一個時間，如果在等待時間結束前group所有任務執行完畢則返回0，否則返回非0，這個函數是一個同步任務     */    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()來新增工作組的任務，兩者必須要成對出現，兩個函數之間的代碼便是要加入任務住的任務

/**     *  使用dispatch_group_enter和dispatch_group_leave添加組任務,兩者必須要成對出現     */    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");    });

 

　　柵欄是將一個隊列中的任務分割成兩部分，在柵欄任務之前添加的任務全部執行完畢後，單獨執行柵欄任務，執行完畢後，再繼續執行後面的任務。柵欄必須單獨執行，不能與其他任務並發執行，因此，柵欄只對並發隊列有意義。柵欄只有等待當前隊列所有並發任務都執行完畢後，才會單獨執行，待其執行完畢，再按照正常的方式繼續向下執行。

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");    });

 

重複執行dispatchApply 和 單次執行dispatch_once

　　dispatch_apply()是將一個任務提交到隊列中重複執行，並行或者串列由隊列決定，dispatch_apply會阻塞當前線程，等到所有任務完成後返回

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()確保block內代碼在整個應用運行期間只執行一次

//確保block內代碼在整個應用運行期間只執行一次    static dispatch_once_t onceToken;    dispatch_once(&onceToken, ^{        NSLog(@"just run once in application");    });

線程同步、訊號量和線程死結　　

　　多執行緒經常需要考慮到資源搶佔的問題，比如經典的購票問題，寫資料庫等問題。處理問題的辦法有很多，下面介紹最簡單的兩種做法：加上同步鎖，或者用訊號量來解決。

　　同步鎖，每當有線程訪問鎖裡的資源時，會將此部分鎖住，拒絕其他線程訪問。直到佔用的線程推出後才解鎖，允許其他資源訪問。

//同步鎖，對block內的代碼加鎖,同一時間內只允許一個線程訪問    @synchronized(self) {        NSLog(@"lock");    };

　　訊號量dispatch_semaphore，一開始設定訊號的總量，然後用dispatch_semaphore_wait()和dispatch_semaphore_signal()來管理訊號量，達到控制線程訪問的目的

//訊號量dispatch_semaphore    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();        //設定總訊號量    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(10);    for (int i = 0; i<100; i++) {        //設定等待訊號，如果此時訊號量大於0，那麼訊號量減一併繼續往下執行        //如果此時訊號量小於0，會一直等待，直到逾時        //如果逾時返回非零，成功執行返回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);            //發送訊號，讓訊號量加一            dispatch_semaphore_signal(semaphore);        });    }        dispatch_group_notify(group, concurrent_queue, ^{        NSLog(@"finish");    });

　　

　　GCD儘管使用起來非常方便，但是如果使用不當也活造成一些麻煩，下面列舉幾個會造成線程死結的場合：

//在並行隊列中，在當前隊列調用dispatch_sync，並傳入當前隊列執行，並不會造成deadlock。dispatch_sync會阻塞當前線程，但是由於隊列是並存執行，所以block中的任務會馬上執行後返回。- (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");    });}//在串列隊列中，在當前隊列調用dispatch_sync，並傳入當前隊列執行，會造成deadlock。 dispatch_sync會阻塞當前線程，等待block中的任務執行完之後再繼續執行，但是由於隊列是串列執行，block中的任務放在最後，所以永遠沒有機會執行，線程死結- (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");    });}//任務1會阻塞主線程，直到block中執行完畢返回，任務二在主線程添加了了一個同步任務，阻塞當前線程，知道任務執行完畢返回，而任務2沒有機會被執行。造成兩條線程死結。- (void)recycle {        dispatch_queue_t concurrent_queue = dispatch_queue_create("concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);        //任務1    dispatch_sync(concurrent_queue, ^{                NSLog(@"jump to concurrent queue");                //任務2        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{                        NSLog(@"return main queue");        });            });}

 

 

總結

　　以上是使用GCD的一些心得，GCD使用起來儘管十分便利，但是在處理一些情境比如取消任務時候會很麻煩，所以實現簡易功能的時候推薦使用GCD，如果功能複雜的話建議使用NSOperation和NSOperationQueue，NSOperationQueue的底層也是由GCD實現的，完全物件導向，所以使用起來更好理解。下次有空講講NSOperation和NSOperationQueue。以上代碼demo地址：https://github.com/GarenChen/GCDDemo