iOS多線程——GCD

在iOS中，實現多線程的方式有很多，比如GCD，NSOperation，NSThread等等，但是一直對線程的概念模糊，今天就根據代碼例子來了解iOS中GCD的用法和原理。

GCD是和block緊密相連的，所以最好先了解下block。
GCD是C level的函數，這意味著它也提供了C的函數指針作為參數，方便了C程序員。

下面首先來看GCD的使用:
dispatch_async(dispatch_queue_t queue， dispatch_block_t block);
async表明異步運行，block代表的是你要做的事情，queue則是你把任務交給誰來處理了。(除了async，還有sync，delay，本文以async為例)。

dispatch隊列不支持cancel（取消），沒有實現dispatch_cancel()函數，不像NSOperationQueue，不得不說這是個小小的缺憾。

之所以程序中會用到多線程是因為程序往往會需要讀取數據，然后更新UI。為了良好的用戶體驗，讀取數據的操作會傾向于在后臺運行，這樣以避免阻塞主線程。GCD里就有三種queue來處理。

GCD Queue分為三種：

The main queue：主隊列，主線程就是在個隊列中，系統默認就有一個串行隊列
Global queues：全局并發隊列
用戶隊列：是用函數dispatch_queue_create創建的自定義隊列

而用戶隊列又分為下面兩種：
（1）Serial Dispatch Queue
線程池只提供一個線程用來執行任務，所以后一個任務必須等到前一個任務執行結束才能開始。(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

（2）Concurrent Dispatch Queue
線程池提供多個線程來執行任務，所以可以按序啟動多個任務并發執行。(DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

關于同步和異步

dispatch_sync
則調用用 dispatch_sync的線程會等dispatch_sync的對內容執行完再繼續執行。dispatch_sync函數不會立即返回，即阻塞當前線程，等待block同步執行完成。
dispatch_async
調用dispatch_async的線程不會的等dispatch_async的內容，自己繼續執行。dispatch_async函數會立即返回， block會在后臺異步執行。

關于并發和并行

并行：是多個任務在同一個時間片段內同時進行，比如說你一邊吃飯一邊打電話一遍看電視
并發：是多個任務在同一個時間的點上可以切換進行，比如說你先吃著飯，然后電話來了，停下吃飯立馬打電話，打完后立馬切換到看電視，這個你在同一個線條內只有一個任務在執行

圖示關于并發和并行

并行

并發

下面就以代碼實例來分析GCD用法

實例一：DISPATCH_QUEUE_SERIAL串行隊列

/**
 DISPATCH_QUEUE_SERIAL是每次運行一個任務，可以添加多個，執行次序FIFO。
 **/
- (void)test1
{
    NSDate *date = [NSDate date];
    
    NSString *daStr = [date description];
    
    const char *queueName = [daStr UTF8String];
    
    //DISPATCH_QUEUE_SERIAL等同于NULL
    dispatch_queue_t myQueue = dispatch_queue_create(queueName, DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(addTime) userInfo:nil repeats:YES];
    
    //在main_queue中異步將任務放到myQueue隊列里
    //放入myQueue的順序是按代碼的執行順序：任務一，任務二，任務三（因為main_queue是順序執行）
    //在myQueue取出的順序是按照FIFO的順序
    //因為這是一個串行的隊列，所以取出后的任務是一個接著一個執行的
    
    
    //執行結果
    //[NSThread sleepForTimeInterval:6]~~~~~~~~6
    //[NSThread sleepForTimeInterval:3]~~~~~~~~9
    //[NSThread sleepForTimeInterval:12]~~~~~~~~21

    
    //任務一：
    dispatch_async(myQueue, ^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:6];
        
        NSLog(@"[NSThread sleepForTimeInterval:6]~~~~~~~~%d", t);
        
    });
    
    //任務二：
    dispatch_async(myQueue, ^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:3];
        
        NSLog(@"[NSThread sleepForTimeInterval:3]~~~~~~~~%d", t);
        
    });
    
    //任務三：
    dispatch_async(myQueue, ^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:12];
        
        NSLog(@"[NSThread sleepForTimeInterval:12]~~~~~~~~%d", t);
        
    });
}

-(void)addTime {
    
    ++t;
}

實例二：全局的并發隊列dispatch_get_global_queue

/**
 可以同時運行多個任務，每個任務的啟動時間是按照加入queue的順序，結束的順序依賴各自的任務.
 **/
- (void)test2
{
    dispatch_queue_t myQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
        
    //在main_queue中異步將任務放到myQueue
    //放入myQueue的順序是：任務一，任務二，任務三
    //在myQueue中取出的順序是FIFO的原則：任務一，任務二，任務三
    //取出的任務放到線程里執行，因為這是一個并行的隊列，所以任務可以同時運行
    
    //執行的結果
    //執行的結果可以是 1 2 3 的隨機組合
    
    //任務一：
    dispatch_async(myQueue, ^{
        
        NSLog(@"~~~~~~~~~1");
        
    });
    
    //任務二：
    dispatch_async(myQueue, ^{
        
        NSLog(@"~~~~~~~~~2");
        
    });
    
    //任務三：
    dispatch_async(myQueue, ^{
        
        NSLog(@"~~~~~~~~~3");
        
    });
}

實例三：DISPATCH_QUEUE_SERIAL串行隊列

/**
 串行隊列的異步任務：使用一個子線程依次執行。
  對比一下dispatch_async和dispatch_sync輸出的i的順序和線程的地址
 **/
- (void)test3
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
        //在main_queue中將i=0，1，2的任務異步加入queue隊列中
        //加入queue的順序是：i=0， i=1， i=2
        //所以在queue中取出的順序是：i=0，i=1，i=2
        //因為queue是同步隊列，所以三個任務放到同一個線程中依次執行
        
        //運行結果
        //~~~i=0~~~~<NSThread: 0x600000076940>{number = 3, name = (null)}
        //<NSThread: 0x600000068d00>{number = 1, name = (null)}
        //~~~i=1~~~~<NSThread: 0x600000076940>{number = 3, name = (null)}
        //<NSThread: 0x600000068d00>{number = 1, name = (null)}
        // ~~~i=2~~~~<NSThread: 0x600000076940>{number = 3, name = (null)}
        //<NSThread: 0x600000068d00>{number = 1, name = (null)}

        //當是使用DISPATCH_QUEUE_SERIAL和dispatch_sync同步的時候，三個任務執行的線程就是當前的mainThread中執行的

        dispatch_async(queue, ^{
            
            NSLog(@"~~~i=%d~~~~%@", i, [NSThread currentThread]);
            
            NSLog(@"%@",[NSThread mainThread]);
            
        });
    }
}

實例四：DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT并發隊列

/**
 并行隊列的異步任務：使用多個子線程無序執行，一般任務較少時幾個任務就開幾個線程，較多時則開部分線程。
 應用：一系列的異步任務沒有先后順序，結束無序
 對比一下dispatch_async和dispatch_sync輸出的線程的地址
 **/
- (void)test4
{
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue2", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    //在main_queue中異步的將i=0，i=1，i=2的任務加入到queue中
    //加入queue的順序是i=0，i=1，i=2
    //在queue中取出的順序是i=0，i=1，i=2
    //因為queue是并發隊列，所以有多條的線程來執行三個任務，thread的執行的順序不定
    
    //當使用dispatch_sync時，執行的順序又成了i=0，i=1，i=2
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
        dispatch_async(queue, ^{
            
            NSLog(@"~~~i=%d~~~~%@", i, [NSThread currentThread]);
            
            NSLog(@"%@",[NSThread mainThread]);
            
        });
    }
}

實例五：dispatch_group_t組隊列

/**
 dispatch_group_async可以實現監聽一組任務是否完成，完成后得到通知執行其他的操作。
 dispatch_group_async會監聽最終的任務完成后，并通知一個線程
 這個方法很有用，比如你執行三個下載任務，當三個任務都下載完成后你才通知界面說完成了。
注意這里不是監聽queue里所有的任務完成，而是添加到組里的任務，這個任務是在這個queue里，同時也在這個組里，組里所有的任務的完成并不代表queue里所有的任務的完成。
 下面是一段例子代碼：
 注意：當queue是global（或者DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT）隊列和DISPATCH_QUEUE_SERIAL隊列時線程的區別
 **/
- (void)test5
{
    
    //dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue3", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"task1~~~~currentThread=%@~~~~~~mainThread%@", [NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);
        
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"task2~~~~currentThread=%@~~~~~~mainThread%@", [NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);
        
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"task3~~~~currentThread=%@~~~~~~mainThread%@", [NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);
        
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        
        NSLog(@"回到主線程");
        
    });
}

實例六：dispatch_apply重復

/**
 dispatch_apply：執行某個代碼片段N次
 
 重復執行block，需要注意的是這個方法是同步返回，也就是說等到所有block執行完畢才返回，如需異步返回則嵌套在dispatch_async中來使用。
 多個block的運行是否并發或串行執行也依賴queue的是否并發或串行。
 
 dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("queue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
 運行結果：
 array[0]~~~~~~~~~~~~~~0
 array[3]~~~~~~~~~~~~~~3
 array[2]~~~~~~~~~~~~~~2
 array[1]~~~~~~~~~~~~~~1
 array[4]~~~~~~~~~~~~~~4
 array[5]~~~~~~~~~~~~~~5
 
 dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("queue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
 運行結果：
 array[0]~~~~~~~~~~~~~~0
 array[1]~~~~~~~~~~~~~~1
 array[2]~~~~~~~~~~~~~~2
 array[3]~~~~~~~~~~~~~~3
 array[4]~~~~~~~~~~~~~~4
 array[5]~~~~~~~~~~~~~~5
 **/
- (void)test6
{
    
    NSArray *array = @[@"0",@"1",@"2",@"3",@"4",@"5"];
    
    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("queue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("queue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    //打印done是在dispatch_apply里所有的任務執行完畢之后才會執行
    dispatch_async(queue2, ^(){
        
        //放在dispatch_apply里面的任務的執行順序完全依賴于queue1的隊列串發還是并發
        dispatch_apply([array count], queue1, ^(size_t index) {
            
            NSLog(@"array[%ld]~~~~~~~~~~~~~~%@", index, array[index]);
            
        });
        
        NSLog(@"done");
    });
}

實例七：dispatch_barrier_async

/**
 dispatch_barrier_async的使用
 
 dispatch_barrier_async是在前面的任務執行結束后它才執行，而且它后面的任務等它執行完成之后才會執行
 
 只有當這個隊列為自己創建的并發隊列（DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT）時才會有這種效果
 執行結果（一）為：
 dispatch_async2
 dispatch_async1
 dispatch_barrier_async
 dispatch_async3
 
 如果使用dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
 根據官方文檔指出，這個時候的dispatch_barrier_async完全等同于dispatch_async
 執行結果（二）為：
 dispatch_barrier_async
 dispatch_async3
 dispatch_async2
 dispatch_async1
 
 在使用DISPATCH_QUEUE_SERIAL串行隊列時，完全就按照FIFO的順序執行了
 執行結果（三）為：
 2015-12-23 16:53:04.574 NSURLDemo[67716:3661098] dispatch_async1
 2015-12-23 16:53:05.577 NSURLDemo[67716:3661098] dispatch_async2
 2015-12-23 16:53:05.578 NSURLDemo[67716:3661098] dispatch_barrier_async
 2015-12-23 16:53:07.085 NSURLDemo[67716:3661098] dispatch_async3
 
 不僅有dispatch_barrier_async方法，還有dispatch_barrier_sync方法，兩個方法的區別是：
 dispatch_barrier_async當他把這個barrier添加到隊列后，當前隊列不用等待block的執行返回
 而dispatch_barrier_sync需要等待block的內容執行完畢之后再繼續下面的執行
 **/
- (void)test7
{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    //dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:3];
        
        NSLog(@"dispatch_async1~~~~~~~currentThread=%@~~~~~~~mainThread=%@",[NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);
        
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        
        NSLog(@"dispatch_async2~~~~~~~currentThread=%@~~~~~~~mainThread=%@",[NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);

        
    });
    
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        
        NSLog(@"dispatch_barrier_async~~~~~~~currentThread=%@~~~~~~~mainThread=%@",[NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);

        
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        
        NSLog(@"dispatch_async3~~~~~~~currentThread=%@~~~~~~~mainThread=%@",[NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);

    });
}

實例八：dispatch_once一次使用函數

/**
 dispatch_once
 dispatch_once這個函數，它可以保證整個應用程序生命周期中某段代碼只被執行一次！
 **/
- (void)test8
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        
        // code to be executed once
    });
}

實例九：dispatch_after延遲函數

/**
 dispatch_after
 有時候我們需要等個幾秒鐘然后做個動畫或者給個提示，這時候可以用dispatch_after這個函數：
 **/
-(void)test9
{
    double delayInSeconds = 2.0;
    
    dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds * NSEC_PER_SEC);
    
    dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
        
        // code to be executed on the main queue after delay
    });
}

實例十：dispatch_set_target_queue轉換隊列

/**
  dispatch_set_target_queue
  通過dispatch_set_target_queue函數可以設置一個dispatch queue的優先級，或者指定一個dispatch source相應的事件處理提交到哪個queue上。
  它會把需要執行的任務對象指定到不同的隊列中去處理，這個任務對象可以是dispatch隊列，也可以是dispatch源。而且這個過程可以是動態的，可以實現隊列的動態調度管理等等。比如說有兩個隊列dispatchA和dispatchB，這時把dispatchA指派到dispatchB：
  dispatch_set_target_queue(dispatchA, dispatchB);
  那么dispatchA上還未運行的block會放到dispatchB上，然后由dispatchB來進行管理運行。
 **/

  dispatch_set_target_queue(serialQ, globalQ);

實例十一：dispatch_group_wait等待

//dispatch_group_wait來等待這些任務完成。若任務已經全部完成或為空，則直接返回，否則等待所有任務完成后返回。

//dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);

-(void)test10
{
    
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    //注意queue為DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 和 DISPATCH_QUEUE_SERIAL時當前的線程
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create([@"com.queue" UTF8String], DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    //每個dispatch_group_enter對應一個dispatch_group_leave完成group內所有的任務則發送通知
    
    //進入group
    
    dispatch_group_enter(group);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"task1~~~~~currentThread=%@~~~~~mainThread=%@", [NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);
        
        //離開group
        
        dispatch_group_leave(group);
        
    });
    
    
    dispatch_group_enter(group);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"task2~~~~~currentThread=%@~~~~~mainThread=%@", [NSThread currentThread], [NSThread mainThread]);
        
        dispatch_group_leave(group);
        
    });
    
    NSLog(@"~~~~~~~~~~~~~~~~~~before group wait");
    
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    NSLog(@"~~~~~~~~~~~~~~~~~~after group wait");
    
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        
        NSLog(@"~~~~~~~~~~~~~allGroupFinish");
        
    });
}

補充：dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(),...)造成死鎖的原因

當這段代碼放在主線程里，也即dispatch_get_main_queue()中，執行到sync時向dispatch_get_main_queue()插入同步thread，sync會等到里面的block執行完成才返回。sync又在主隊列里面，是個串行隊列，sync是后面才加入的，前面一個是主線程，所以sync想執行block必須等待前一個主線程執行完成，而主線程卻在等待sync返回，才能執行后續工作，從而造成死鎖。

最后編輯于：2017.12.06 01:19:10

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