iOS的三種多線程技術(shù)
- NSThread 每個(gè)NSThread對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)線程，量級(jí)較輕（真正的多線程）
- 以下兩點(diǎn)是蘋果專門開發(fā)的“并發(fā)”技術(shù)，使得程序員可以不再去關(guān)心線程的具體使用問題
NSOperation/NSOperationQueue 面向?qū)ο蟮木€程技術(shù)
GCD —— Grand Central Dispatch（派發(fā)） 是基于C語言的框架，可以充分利用多核，是蘋果推薦使用的多線程技術(shù)
以上這三種編程方式從上到下，抽象度層次是從低到高的，抽象度越高的使用越簡(jiǎn)單，也是Apple最推薦使用的，在項(xiàng)目中很多框架技術(shù)分別使用了不同多線程技術(shù)。
三種多線程技術(shù)的對(duì)比
?NSThread:
–優(yōu)點(diǎn)：NSThread 比其他兩個(gè)輕量級(jí)，使用簡(jiǎn)單
–缺點(diǎn)：需要自己管理線程的生命周期、線程同步、加鎖、睡眠以及喚醒等。線程同步對(duì)數(shù)據(jù)的加鎖會(huì)有一定的系統(tǒng)開銷
?NSOperation：
–不需要關(guān)心線程管理，數(shù)據(jù)同步的事情，可以把精力放在自己需要執(zhí)行的操作上
–NSOperation是面向?qū)ο蟮?/p>
?GCD：
–Grand Central Dispatch是由蘋果開發(fā)的一個(gè)多核編程的解決方案。iOS4.0+才能使用，是替代NSThread， NSOperation的高效和強(qiáng)大的技術(shù)
–GCD是基于C語言的
什么是GCD？
Grand Central Dispatch或者GCD，是一套低層API，提供了一種新的方法來進(jìn)行并發(fā)程序編寫。從基本功能上講，GCD有點(diǎn)像NSOperationQueue，他們都允許程序?qū)⑷蝿?wù)切分為多個(gè)單一任務(wù)然后提交至工作隊(duì)列來并發(fā)地或者串行地執(zhí)行。GCD比之NSOpertionQueue更底層更高效，并且它不是Cocoa框架的一部分。
除了代碼的平行執(zhí)行能力，GCD還提供高度集成的事件控制系統(tǒng)。可以設(shè)置句柄來響應(yīng)文件描述符、mach ports（Mach port 用于 OS X上的進(jìn)程間通訊）、進(jìn)程、計(jì)時(shí)器、信號(hào)、用戶生成事件。這些句柄通過GCD來并發(fā)執(zhí)行。
GCD的API很大程度上基于block，當(dāng)然，GCD也可以脫離block來使用，比如使用傳統(tǒng)c機(jī)制提供函數(shù)指針和上下文指針。實(shí)踐證明，當(dāng)配合block使用時(shí)，GCD非常簡(jiǎn)單易用且能發(fā)揮其最大能力。
你可以在Mac上敲命令“man dispatch”來獲取GCD的文檔。
使用GCD的優(yōu)勢(shì)
GCD提供很多超越傳統(tǒng)多線程編程的優(yōu)勢(shì)：
易用: GCD比之thread跟簡(jiǎn)單易用。由于GCD基于work unit而非像thread那樣基于運(yùn)算，所以GCD可以控制諸如等待任務(wù)結(jié)束、監(jiān)視文件描述符、周期執(zhí)行代碼以及工作掛起等任務(wù)。基于block的血統(tǒng)導(dǎo)致它能極為簡(jiǎn)單得在不同代碼作用域之間傳遞上下文。
效率: GCD被實(shí)現(xiàn)得如此輕量和優(yōu)雅，使得它在很多地方比之專門創(chuàng)建消耗資源的線程更實(shí)用且快速。這關(guān)系到易用性：導(dǎo)致GCD易用的原因有一部分在于你可以不用擔(dān)心太多的效率問題而僅僅使用它就行了。
性能: GCD自動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載來增減線程數(shù)量，這就減少了上下文切換以及增加了計(jì)算效率。
Dispatch Objects
盡管GCD是純c語言的，但它被組建成面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格。GCD對(duì)象被稱為dispatch object。Dispatch object像Cocoa對(duì)象一樣是引用計(jì)數(shù)的。使用dispatch_release和dispatch_retain函數(shù)來操作dispatch object的引用計(jì)數(shù)來進(jìn)行內(nèi)存管理。但注意不像Cocoa對(duì)象，dispatch object并不參與垃圾回收系統(tǒng)，所以即使開啟了GC，你也必須手動(dòng)管理GCD對(duì)象的內(nèi)存。
Dispatch queues 和 dispatch sources（后面會(huì)介紹到）可以被掛起和恢復(fù)，可以有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的任意上下文指針，可以有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的任務(wù)完成觸發(fā)函數(shù)。可以查閱“man dispatch_object”來獲取這些功能的更多信息。
Dispatch Queues
GCD的基本概念就是dispatch queue。dispatch queue是一個(gè)對(duì)象，它可以接受任務(wù)，并將任務(wù)以先到先執(zhí)行的順序來執(zhí)行。dispatch queue可以是并發(fā)的或串行的。并發(fā)任務(wù)會(huì)像NSOperationQueue那樣基于系統(tǒng)負(fù)載來合適地并發(fā)進(jìn)行，串行隊(duì)列同一時(shí)間只執(zhí)行單一任務(wù)。
GCD中有三種隊(duì)列類型
The main queue: 與主線程功能相同。實(shí)際上，提交至main queue的任務(wù)會(huì)在主線程中執(zhí)行。main queue可以調(diào)用dispatch_get_main_queue()來獲得。因?yàn)閙ain queue是與主線程相關(guān)的，所以這是一個(gè)串行隊(duì)列。
Global queues: 全局隊(duì)列是并發(fā)隊(duì)列，并由整個(gè)進(jìn)程共享。進(jìn)程中存在三個(gè)全局隊(duì)列：高、中（默認(rèn)）、低三個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。可以調(diào)用dispatch_get_global_queue函數(shù)傳入優(yōu)先級(jí)來訪問隊(duì)列。
用戶隊(duì)列: 用戶隊(duì)列 (GCD并不這樣稱呼這種隊(duì)列, 但是沒有一個(gè)特定的名字來形容這種隊(duì)列，所以我們稱其為用戶隊(duì)列) 是用函數(shù) dispatch_queue_create創(chuàng)建的隊(duì)列. 這些隊(duì)列是串行的。正因?yàn)槿绱耍鼈兛梢杂脕硗瓿赏綑C(jī)制, 有點(diǎn)像傳統(tǒng)線程中的mutex。
Dispatch Queues的生成可以有這幾種方式：
//1,生成串行隊(duì)列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
//生成一個(gè)串行隊(duì)列，隊(duì)列中的block按照先進(jìn)先出（FIFO）的順序去執(zhí)行，實(shí)際上為單線程執(zhí)行。第一個(gè)參數(shù)是隊(duì)列的名稱，在調(diào)試程序時(shí)會(huì)非常有用，所有盡量不要重名了。
//2.生成并發(fā)隊(duì)列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
//生成一個(gè)并發(fā)執(zhí)行隊(duì)列，block被分發(fā)到多個(gè)線程去執(zhí)行
//3.獲得程序進(jìn)程缺省產(chǎn)生的并發(fā)隊(duì)列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//獲得程序進(jìn)程缺省產(chǎn)生的并發(fā)隊(duì)列，可設(shè)定優(yōu)先級(jí)來選擇高、中、低三個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。由于是系統(tǒng)默認(rèn)生成的，所以無法調(diào)用dispatch_resume()和dispatch_suspend()來控制執(zhí)行繼續(xù)或中斷。
需要注意的是，三個(gè)隊(duì)列不代表三個(gè)線程，可能會(huì)有更多的線程。并發(fā)隊(duì)列可以根據(jù)實(shí)際情況來自動(dòng)產(chǎn)生合理的線程數(shù)，也可理解為dispatch隊(duì)列實(shí)現(xiàn)了一個(gè)線程池的管理，對(duì)于程序邏輯是透明的。
官網(wǎng)文檔解釋說共有三個(gè)并發(fā)隊(duì)列，但實(shí)際還有一個(gè)更低優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，設(shè)置優(yōu)先級(jí)為DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND。Xcode調(diào)試時(shí)可以觀察到正在使用的各個(gè)dispatch隊(duì)列。
//4.獲得主線程的dispatch隊(duì)列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
//獲得主線程的dispatch隊(duì)列，實(shí)際是一個(gè)串行隊(duì)列。同樣無法控制主線程dispatch隊(duì)列的執(zhí)行繼續(xù)或中斷。
接下來我們可以使用dispatch_async或dispatch_sync函數(shù)來加載需要運(yùn)行的block。
dispatch_async(queue, ^{
//block具體代碼
}); //異步執(zhí)行block，函數(shù)立即返回
dispatch_sync(queue, ^{
//block具體代碼
}); //同步執(zhí)行block，函數(shù)不返回，一直等到block執(zhí)行完畢。編譯器會(huì)根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化代碼，所以有時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)block其實(shí)還在當(dāng)前線程上執(zhí)行，并沒用產(chǎn)生新線程。
實(shí)際編程經(jīng)驗(yàn)告訴我們，盡可能避免使用dispatch_sync，嵌套使用時(shí)還容易引起程序死鎖。
如果queue1是一個(gè)串行隊(duì)列的話，這段代碼立即產(chǎn)生死鎖：
dispatch_sync(queue1, ^{
dispatch_sync(queue1, ^{
......
});
......
});
那實(shí)際運(yùn)用中，一般可以用dispatch這樣來寫，常見的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求數(shù)據(jù)多線程執(zhí)行模型：
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
//子線程中開始網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求數(shù)據(jù)
//更新數(shù)據(jù)模型
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
//在主線程中更新UI代碼
});
});
程序的后臺(tái)運(yùn)行和UI更新代碼緊湊，代碼邏輯一目了然。
常見編程套路
//后臺(tái)執(zhí)行的線程
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0,0) ^{
//在后臺(tái)執(zhí)行的代碼
})；
//主線程執(zhí)行
dispatch_async(dispatch_get_ main_queue{0,0} ^{
//在主線程執(zhí)行的代碼
});
//一次性執(zhí)行
static dispatch_one_t onceToken;
dispatch_one(&oneToken, ^{
//一次性執(zhí)行的代碼
});
//延時(shí)2秒執(zhí)行
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){
//延時(shí)2秒后在主線程中執(zhí)行的代碼
});
dispatch隊(duì)列是線程安全的，可以利用串行隊(duì)列實(shí)現(xiàn)鎖的功能。比如多線程寫同一數(shù)據(jù)庫，需要保持寫入的順序和每次寫入的完整性，簡(jiǎn)單地利用串行隊(duì)列即可實(shí)現(xiàn)：
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.dispatch.writedb", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
- (**void**)writeDB:(**NSData** *)data
{
dispatch_async(queue1, ^{
//write database
});
}
下一次調(diào)用writeDB:必須等到上次調(diào)用完成后才能進(jìn)行，保證writeDB:方法是線程安全的。
dispatch隊(duì)列還實(shí)現(xiàn)其它一些常用函數(shù)，包括：
void dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void (^block)(size_t));
//重復(fù)執(zhí)行block，需要注意的是這個(gè)方法是同步返回，也就是說等到所有block執(zhí)行完畢才返回，如需異步返回則嵌套在dispatch_async中來使用。
//多個(gè)block的運(yùn)行是否并發(fā)或串行執(zhí)行也依賴queue的是否并發(fā)或串行。
void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
//這個(gè)函數(shù)可以設(shè)置同步執(zhí)行的block，它會(huì)等到在它加入隊(duì)列之前的block執(zhí)行完畢后，才開始執(zhí)行。
//在它之后加入隊(duì)列的block，則等到這個(gè)block執(zhí)行完畢后才開始執(zhí)行。
void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
//同上，除了它是同步返回函數(shù)
void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
//延遲執(zhí)行block
***最后再來看看dispatch隊(duì)列的一個(gè)很有特色的函數(shù)： ***
void dispatch_set_target_queue(dispatch_object_t object, dispatch_queue_t queue);
它會(huì)把需要執(zhí)行的任務(wù)對(duì)象指定到不同的隊(duì)列中去處理，這個(gè)任務(wù)對(duì)象可以是dispatch隊(duì)列，也可以是dispatch源（以后博文會(huì)介紹）。而且這個(gè)過程可以是動(dòng)態(tài)的，可以實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的動(dòng)態(tài)調(diào)度管理等等。比如說有兩個(gè)隊(duì)列dispatchA和dispatchB，這時(shí)把dispatchA指派到dispatchB：
dispatch_set_target_queue(dispatchA, dispatchB);
那么dispatchA上還未運(yùn)行的block會(huì)在dispatchB上運(yùn)行。這時(shí)如果暫停dispatchA運(yùn)行：
dispatch_suspend(dispatchA);
則只會(huì)暫停dispatchA上原來的block的執(zhí)行，dispatchB的block則不受影響。而如果暫停dispatchB的運(yùn)行，則會(huì)暫停dispatchA的運(yùn)行。
