iOS - GCD

概念

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GCD (Grand Central Dispatch): 偉大的的中樞調節器; GCD 是蘋果公司開發的一個創建子線程的一個方法，主要為多核的并行開發運算提出解決方案，利用 GCD 可以是的 CPU 的內核運用的更加充分，同時 GCD 也會自動管理線程中的生命周期。

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1.隊列：隊列是一種線性表，隊列的上下都是開口的與棧相反，隊列中遵循的原則是FIFO即為先進先出，隊列是在表尾進行添加操作，表頭進行刪除操作即先進先出后進后出。

2.同步：同步是指的是在調用方法時，按照順序的執行一些代碼。在第一個方法沒有執行完的時候第二個方法是不會進行的。

3.異步：異步和同步相反，調用方法時，當沒有收到第一個方法調用的返回值時，第二個方法也可以執行。

4.串行：程序運行時，程序會按照順序執行代碼，只是存在一個運行上下文。

5.并發：程序運行時，程序存在多個運行上下文，可以通過這些上下文執行不同的代碼。

多線程編程

我們研究多線程編程之前，需要知道當我們執行一段代碼的時候 CPU是如何執行的。

Cup 執行過程

通過上圖我們要了解一個概念叫做上下文切換，上下文切換是 OSX 和 iOS 的核心 XNU 內核在發生操作系統事件時會切換執行路徑，例如 CPU的寄存器等信息保存到各自路徑專用的內存塊中，從切換目標路徑專用的內存塊中，復原 CPU 寄存器等信息，繼續執行切換路徑的 CPU 命令列。叫做上下文切換。

利用這種編程的方式叫做多線程編程，但是通過多線程編程同樣的也會產生很多的問題具體問題如下

多線程更新相同的資源會導致數據的不一致。

具體表現為兩個線程同時對一個數據進行更新，而兩個線程得到的數據不相同從而導致數據的不一致性。
死鎖問題，多個線程之間相互持有，造成持續等待。

如下代碼就發生了線程的死鎖，程序先執行 1,這時候同步線程會讓程序進入等待等 2 執行完了之后再執行 3,但是 sync 有產生了隊列，隊列會將操作放到對尾 2 等到 3 執行完了在執行，而 3 又在等待 2 執行完了它在執行。所以造成了死鎖現象。
過多的線程會消耗大量的內存。

因為過多的線程會使得 CPU 大量的調用“上下文切換”從而使得 CPU 的消耗巨大，從而導致程序的卡頓。

    printf("1");
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(),^{
        NSLog(@"線程發生了死鎖");
        printf("2");
    })
    printf("3");

GCD Code

dispatch_queue_create,dispatch_sync 和 dispatch_async

通過 dispatch_queue_create 函數可以生成 Dispatch Queue 根據參數的不同可以生成 Serial 和 Concurrent 兩種類型的 Dispatch Queue。

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("www.kong.com",NULL);

..create后面的兩個參數：<br>第一個參數是隊列的名稱<br>第二個參數傳NULL的時候是創建一個串行的隊列。傳DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT`的時候是創建一個并發隊列。

這樣我們分四種情況對 GCD 進行討論，同步串行，同步并發，異步串行，異步并發.

** 同步串行**

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("wwww.kong.com", NULL);
    dispatch_sync(queue ,^{
        NSLog(@"a當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue ,^{
        NSLog(@"b當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue ,^{
        NSLog(@"c當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_release(queue);//ARC 條件下我們需要將其進行釋放。

打印的結果為

a當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 1, name = main}
b當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 1, name = main}
c當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 1, name = main}

創建了串行隊列，通過同步的方式添加到Dispatch Queue 等待隊列中，沒有開辟新的線程，所有的打印都是在主線程中進行，隊列 queue 按照 abc 的順序添加到等待隊列中，也就是 FIFO 原則，出隊列的時候也是滿足該原則實現了先進先出，后進后出，打印的時候按順序進行打印。

** 同步并發**

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("wwww.kong.com", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_sync(queue ,^{
        NSLog(@"a當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue ,^{
        NSLog(@"b當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue ,^{
        NSLog(@"c當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_release(queue);//ARC 條件下我們需要將其進行釋放。

打印的結果為

a當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 1, name = main}
b當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 1, name = main}
c當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 1, name = main}

創建了并發的隊列添加到隊列中的時候用 sync 同步的方式將其追加到Dispatch Queue 中沒有開辟新的線程，所有的數據處理仍然是在主線程中進行處理，Dispatch Queue 按照追加的順序（隊列 FIFO）的方式執行處理。

** 異步串行**

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("wwww.kong.com", NULL);
    dispatch_async(queue ,^{
        NSLog(@"a當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue ,^{
        NSLog(@"b當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue ,^{
        NSLog(@"c當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_release(queue);//ARC 條件下我們需要將其進行釋放。

打印的結果為

a當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 2, name = (null)} （這里的 name = null，可以通過[NSThread currentThread]來設置）
b當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 2, name = (null)}
c當前的線程為 <NSThread: 0x12f505470>{number = 2, name = (null)}

創建串行的Queue，然后通過異步的方式添加到隊列中去，使得 Dispatch Queue開辟了一個新的線程，但是還是通過同步隊列的方式來進行執行，都是在dispatch_async 創建出來的線程中按照順序執行隊列中的操作。

** 異步并發**

 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("wwww.kong.com", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue ,^{
        NSLog(@"a當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue ,^{
        NSLog(@"b當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue ,^{
        NSLog(@"c當前的線程為 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_release(queue);//ARC 條件下我們需要將其進行釋放。

打印的結果為：

a當前的線程為 <NSThread: 0x147d41a20>{number = 2, name = (null)}
c當前的線程為 <NSThread: 0x147d41a20>{number = 2, name = (null)}
b當前的線程為 <NSThread: 0x147e51ec0>{number = 3, name = (null)}

創建的是并發隊列，通過異步的方式將其追加到 Dispatch Queue 中，就會使得 CPU 開辟新的線程來執行代碼塊 Blcok 中的代碼。從而達到程序流暢的目的。

GCD中其他的一些方法

** 利用 global 創建線程**

    //通過dispatch_get_global_queue 創建的是并發的隊列
     dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        執行耗時操作       
     });

*對于 main dispatch_queue 和 global dispatch_queue 執行 dispatch_retain 函數和 dispatch_release 函數不會引起任何的變化，也不會有任何的問題。
當我們使用 dispatch_queue_create 的時候要考慮到在 ARC 中何時執行 dispatch_retain 和 dispatch_release 兩個函數方法。

** dispatch_after**

    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"3秒后執行該方法");
    });

通過這種方法延遲3秒執行，要知道這種方法的實現是在3秒后將 block 中的代碼追加到 Dispatch Queue 中，并不是在指定的時間后進行處理。不像 NSTimer 里面的設置在什么時間后進行處理。

** dispatch_group**

    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(@"執行 block 1 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"執行 block 2 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"執行 block 3 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"執行 block 4 %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"執行完 group 執行的操作");
    });

通過運用組的話，可以先執行組中的內容，然后當組中的內容執行完了之后用 group 的 notify 方法可以在執行 block 中的方法。這種方法用于順序執行，例如下載圖片的時候，下載多張圖片，然后進行拼接到一起，時候可以用這種方法將兩個圖片都下載下來，然后在 group_notify中對圖片進行拼接，然后得到結果。group_notify 也是起到一個追加的作用，將 block 中的內容追加到 Dispatch Queue 的后面。等到 group 中的隊列執行完后在執行。

** dispatch_barrier_async**

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"向數據庫中寫入數據");
    });
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"從數據庫中進行數據的讀取"); 
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"從數據庫中寫入數據");
    });

通過 dispatch_barrier_async 方法可以使當前的線程只執行 barrier_async（block）中的操作在兩次寫入操作的時候如果不用 dispatch_barrier_async 方法的話就會導致讀取數據的同時也在寫入數據，就導致了獲取的數據不準確，此時的 dispatch_barrier_async 就可以起到線程鎖的作用，保障讀寫的安全。

** dispatch_apply**

  NSArray *applyArray = @[@1,@2,@3,@4,@5,@6];
    dispatch_apply([applyArray count], queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%zu   %@",index,[applyArray objectAtIndex:index]);
    });

這段代碼是把一項任務提交到隊列中多次執行，隊列的串行并行由創建的隊列所決定。這里類似一個循環遍歷的功能，這樣將不想關的循環調到后臺線程執行，會將執行效率大大提高。

GCD 底層實現。

GCD 是用于管理追加 Block 的 C 語言層實現 FIFO隊列
里面主要運用了 libdispatch，Libc(pthreads)，XNU內核。
GCD中的 API 全部為包含在 libdispatch 庫中的 C 語言函數，Dispatch Queue通過結構體和鏈表，被實現為 FIFO隊列 ,FIFO隊列管理是通過 dispatch_async 等函所追加的 Block。

GCD 實現過程

Block 并不是直接加入 FIFO隊列中，而是先加入 Dispatch Continuation 這一個 dispatch_continuation_t 類型的結構體中，然后在加入 FIFO隊列，該 Dispatch Continuation 用于記憶 Block 所屬的 DispatchGroup 和其他的一些信息。當 Dispatch Queue 中執行 Block 的時候，libdispatch 從 Global Dispatch Queue 自身的 FIFO 隊列中取出 Dispatch Continuation ，調用 pthread_workqueue_additem_up 函數。將該 Global Dispatch Queue 自身、符合其優先級的 workqueue 信息以及為執行 Dispatch Continuation 的回調函數等傳遞給參數。 workqueue 最終決定是否生成線程。
workqueue 的線程執行 pthread_workqueue 函數，該函數調用 libdispatch 的回調函數，在該回調函數中執行加入到 Dispatch Continuation 的 Block。
Block 執行結束后，進行通知 DispatchGroup 結束，釋放 Dispatch Continuation 等處理，開始準備執行加入到 Global Dispatch Queue中的下一個 Block。

說明：

本文參考

圖書《iOS與 OSX 多線程和內存管理》

三个男躁一个女,国精产品一区一手机的秘密,麦子交换系列最经典十句话,欧美国产综合欧美视频

OC -> GCD

OC -> GCD

iOS - GCD

概念

big

small

多線程編程

GCD Code

dispatch_queue_create,dispatch_sync 和 dispatch_async

GCD中其他的一些方法

GCD 底層實現。

說明：

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GCD中其他的一些方法

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