巧谈GCD

谈到iOS多线程，一般都会谈到四种方式：pthread、NSThread、GCD和NSOperation。其中，苹果推荐也是我们最经常使用的无疑是GCD。对于身为开发者的我们来说，并发一直都很棘手，如果对GCD的理解不够透彻，那么iOS开发的历程绝对不会顺利。这里，我会从几个角度浅谈我对GCD的理解。

一、多线程背景

上述大致说出了直接操纵线程实现多线程的弊端：

• 开发人员必须根据系统的变化动态调整线程的数量和状态，即对开发者的负担重。

• 应用程序会在创建和维护线程上消耗很多成本，即效率低。

相对的，GCD是一套低层级的C API，通过 GCD，开发者只需要向队列中添加一段代码块(block或C函数指针)，而不需要直接和线程打交道。GCD在后端管理着一个线程池，它不仅决定着你的代码块将在哪个线程被执行，还根据可用的系统资源对这些线程进行管理。GCD的工作方式，使其拥有很多优点（快、稳、准）：

• 快，更快的内存效率，因为线程栈不暂存于应用内存。

• 稳，提供了自动的和全面的线程池管理机制，稳定而便捷。

• 准，提供了直接并且简单的调用接口，使用方便，准确。

二、队列和任务

初学GCD的时候，肯定会纠结一些看似很关键但却毫无意义的问题。比如：GCD和线程到底什么关系；异步任务到底在哪个线程工作；队列到底是个什么东西；mian queue和main thread到底搞什么名堂等等。现在，这些我们直接略过（最后拾遗中会谈一下），苹果既然推荐使用GCD，那么为什么还要纠结于线程呢？需要关注的只有两个概念：队列、任务。

1. 队列

调度队列是一个对象，它会以first-in、first-out的方式管理您提交的任务。GCD有三种队列类型：

• 串行队列，串行队列将任务以先进先出(FIFO)的顺序来执行，所以串行队列经常用来做访问某些特定资源的同步处理。你可以也根据需要创建多个队列，而这些队列相对其他队列都是并发执行的。换句话说，如果你创建了4个串行队列，每一个队列在同一时间都只执行一个任务，对这四个任务来说，他们是相互独立且并发执行的。如果需要创建串行队列，一般用dispatch_queue_create这个方法来实现，并指定队列类型DISPATCH_QUEUE_SERIAL。

• 并行队列，并发队列虽然是能同时执行多个任务，但这些任务仍然是按照先到先执行(FIFO)的顺序来执行的。并发队列会基于系统负载来合适地选择并发执行这些任务。并发队列一般指的就是全局队列(Global queue)，进程中存在四个全局队列：高、中(默认)、低、后台四个优先级队列，可以调用dispatch_get_global_queue函数传入优先级来访问队列。当然我们也可以用dispatch_queue_create，并指定队列类型DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT，来自己创建一个并发队列。

• 主队列，与主线程功能相同。实际上，提交至main queue的任务会在主线程中执行。main queue可以调用dispatch_get_main_queue()来获得。因为main queue是与主线程相关的，所以这是一个串行队列。和其它串行队列一样，这个队列中的任务一次只能执行一个。它能保证所有的任务都在主线程执行，而主线程是唯一可用于更新 UI 的线程。

额外说一句，上面也说过，队列间的执行是并行的，但是也存在一些限制。比如，并行执行的队列数量受到内核数的限制，无法真正做到大量队列并行执行；比如，对于并行队列中的全局队列而言，其存在优先级关系，执行的时候也会遵循其优先顺序，而不是并行。

2. 任务

linux内核中的任务的定义是描述进程的一种结构体，而GCD中的任务只是一个代码块，它可以指在一个block或者函数指针。根据这个代码块添加进入队列的方式，将任务分为同步任务和异步任务：

• 同步任务，使用dispatch_sync将任务加入队列。将同步任务加入串行队列，会顺序执行，一般不这样做并且在一个任务未结束时调起其它同步任务会死锁。将同步任务加入并行队列，会顺序执行，但是也没什么意义。

• 异步任务，使用dispatch_async将任务加入队列。将异步任务加入串行队列，会顺序执行，并且不会出现死锁问题。将异步任务加入并行队列，会并行执行多个任务，这也是我们最常用的一种方式。

3. 简单应用

// 队列的创建，queue1:中（默认）优先级的全局并行队列、queue2:主队列、queue3:未指定type则为串行队列、queue4:指定串行队列、queue5:指定并行队列 dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_queue_t queue2 = dispatch_get_main_queue(); dispatch_queue_t queue3 = dispatch_queue_create("queue3", NULL); dispatch_queue_t queue4 = dispatch_queue_create("queue4", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_queue_t queue5 = dispatch_queue_create("queue5", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);  // 队列中添加异步任务 dispatch_async(queue1, ^{ // 任务 ... });  // 队列中添加同步任务 dispatch_sync(queue1, ^{ // 任务 ... });

三、GCD常见用法和应用场景

非常喜欢一句话：Talk is cheap, show me the code.接下来对GCD的使用，我会通过代码展示。

1. dispatch_async

一般用法

dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_async(globalQueue, ^{     // 一个异步的任务，例如网络请求，耗时的文件操作等等     ...     dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{         // UI刷新         ...     }); });

2. dispatch_after

一般用法

dispatch_queue_t queue= dispatch_get_main_queue(); dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC)), queue, ^{     // 在queue里面延迟执行的一段代码     ... });

3. dispatch_once

一般用法

static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{     // 只执行一次的任务     ... });

4. dispatch_group

一般用法

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, ^{     // 异步任务1 });  dispatch_group_async(group, queue, ^{     // 异步任务2 });  // 等待group中多个异步任务执行完毕，做一些事情，介绍两种方式  // 方式1（不好，会卡住当前线程） dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER); ...  // 方式2（比较好） dispatch_group_notify(group, mainQueue, ^{     // 任务完成后，在主队列中做一些操作     ... });

// 两个请求和参数为我项目里面的不用在意。  // 计数＋1 dispatch_group_enter(group); [JDApiService getActivityDetailWithActivityId:self.activityId Location:stockAddressId SuccessBlock:^(NSDictionary *userInfo) {     // 数据返回后一些处理     ...      // 计数－1     dispatch_group_leave(group); } FailureBlock:^(NSError *error) {     // 数据返回后一些处理     ...      // 计数－1     dispatch_group_leave(group); }];  // 计数＋1 dispatch_group_enter(group); [JDApiService getAllCommentWithActivityId:self.activityId PageSize:3 PageNum:self.commentCurrentPage SuccessBlock:^(NSDictionary *userInfo) {     // 数据返回后一些处理     ...      // 计数－1     dispatch_group_leave(group); } FailureBlock:^(NSError *error) {     // 数据返回后一些处理     ...      // 计数－1     dispatch_group_leave(group); }];  // 其实用计数的说法可能不太对，但是就这么理解吧。会在计数为0的时候执行dispatch_group_notify的任务。 dispatch_group_notify(group, mainQueue, ^{     // 一般为回主队列刷新UI     ... });

5. dispatch_barrier_async

一般用法

// dispatch_barrier_async的作用可以用一个词概括－－承上启下，它保证此前的任务都先于自己执行，此后的任务也迟于自己执行。本例中，任务4会在任务1、2、3都执行完之后执行，而任务5、6会等待任务4执行完后执行。  dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_async(queue, ^{     // 任务1     ... }); dispatch_async(queue, ^{     // 任务2     ... }); dispatch_async(queue, ^{     // 任务3     ... }); dispatch_barrier_async(queue, ^{     // 任务4     ... }); dispatch_async(queue, ^{     // 任务5     ... }); dispatch_async(queue, ^{     // 任务6     ... });

6. dispatch_apply

一般用法

// for循环做一些事情，输出0123456789 for (int i = 0; i < 10; i ++) {     NSLog(@"%d", i); }  // dispatch_apply替换（当且仅当处理顺序对处理结果无影响环境），输出顺序不定，比如1098673452 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); /*! dispatch_apply函数说明 * *  @brief  dispatch_apply函数是dispatch_sync函数和Dispatch Group的关联API *         该函数按指定的次数将指定的Block追加到指定的Dispatch Queue中,并等到全部的处理执行结束 * *  @param 10    指定重复次数  指定10次 *  @param queue 追加对象的Dispatch Queue *  @param index 带有参数的Block, index的作用是为了按执行的顺序区分各个Block * */ dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {     NSLog(@"%zu", index); });

7. dispatch_suspend和dispatch_resume

一般用法

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); dispatch_suspend(queue); //暂停队列queue dispatch_resume(queue);  //恢复队列queue

8. dispatch_semaphore_signal

一般用法

// dispatch_semaphore_signal有两类用法：a、解决同步问题；b、解决有限资源访问（资源为1，即互斥）问题。 // dispatch_semaphore_wait，若semaphore计数为0则等待，大于0则使其减1。 // dispatch_semaphore_signal使semaphore计数加1。  // a、同步问题：输出肯定为1、2、3。 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_semaphore_t semaphore1 = dispatch_semaphore_create(1); dispatch_semaphore_t semaphore2 = dispatch_semaphore_create(0); dispatch_semaphore_t semaphore3 = dispatch_semaphore_create(0);  dispatch_async(queue, ^{     // 任务1     dispatch_semaphore_wait(semaphore1, DISPATCH_TIME_FOREVER);     NSLog(@"1/n");     dispatch_semaphore_signal(semaphore2);     dispatch_semaphore_signal(semaphore1); });  dispatch_async(queue, ^{     // 任务2     dispatch_semaphore_wait(semaphore2, DISPATCH_TIME_FOREVER);     NSLog(@"2/n");     dispatch_semaphore_signal(semaphore3);     dispatch_semaphore_signal(semaphore2); });  dispatch_async(queue, ^{     // 任务3     dispatch_semaphore_wait(semaphore3, DISPATCH_TIME_FOREVER);     NSLog(@"3/n");     dispatch_semaphore_signal(semaphore3); });  // b、有限资源访问问题:for循环看似能创建100个异步任务，实质由于信号限制，最多创建10个异步任务。 dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(10); for (int i = 0; i < 100; i ++) {     dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);     dispatch_async(queue, ^{     // 任务     ...     dispatch_semaphore_signal(semaphore);     }); }

9. dispatch_set_context、dispatch_get_context和dispatch_set_finalizer_f

一般用法

// dispatch_set_context、dispatch_get_context是为了向队列中传递上下文context服务的。 // dispatch_set_finalizer_f相当于dispatch_object_t的析构函数。 // 因为context的数据不是foundation对象，所以arc不会自动回收，一般在dispatch_set_finalizer_f中手动回收，所以一般讲上述三个方法绑定使用。  - (void)test {     // 几种创建context的方式     // a、用C语言的malloc创建context数据。     // b、用C++的new创建类对象。     // c、用Objective-C的对象，但是要用__bridge等关键字转为Core Foundation对象。      dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);     if (queue) {         // "123"即为传入的context         dispatch_set_context(queue, "123");         dispatch_set_finalizer_f(queue, &xigou);     }     dispatch_async(queue, ^{         char *string = dispatch_get_context(queue);         NSLog(@"%s", string);     }); }  // 该函数会在dispatch_object_t销毁时调用。 void xigou(void *context) {     // 释放context的内存（对应上述abc）      // a、CFRelease(context);     // b、free(context);     // c、delete context; } 

四、内存和安全

• MRC:用dispatch_retain和dispatch_release管理dispatch_object_t内存。

• ARC:ARC在编译时刻自动管理dispatch_object_t内存，使用retain和release会报错。

五、拾遗

这里主要提一下GCD的一些坑和线程的一些问题。

1. 死锁

dispatch_sync

// 假设这段代码执行于主队列 dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();  // 在主队列添加同步任务 dispatch_sync(mainQueue, ^{     // 任务     ... });  // 在串行队列添加同步任务  dispatch_sync(serialQueue, ^{     // 任务     ...     dispatch_sync(serialQueue, ^{         // 任务         ...     }); };

dispatch_apply

// 因为dispatch_apply会卡住当前线程，内部的dispatch_apply会等待外部，外部的等待内部，所以死锁。 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_apply(10, queue, ^(size_t) {     // 任务     ...     dispatch_apply(10, queue, ^(size_t) {         // 任务         ...     }); });

2. dispatch_time_t

// dispatch_time_t一般在dispatch_after和dispatch_group_wait等方法里作为参数使用。这里最需要注意的是一些宏的含义。 // NSEC_PER_SEC，每秒有多少纳秒。 // USEC_PER_SEC，每秒有多少毫秒。 // NSEC_PER_USEC，每毫秒有多少纳秒。 // DISPATCH_TIME_NOW 从现在开始 // DISPATCH_TIME_FOREVE 永久  // time为1s的写法 dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1 * NSEC_PER_SEC);

3. GCD和线程的关系

如果你是新手，GCD和线程木有关系。如果你是高手，我们做朋友吧。

六、参考文献