GCD封装

原文

前言

很久以前，手机的性能取决于处理器的处理速度。在经过很长的一段时间发展之后，单个处理器的处理效率几乎达到了极限。这时候多核处理器就诞生了，使得手机有了同时执行多个任务的能力。在单核时代，使用多线程技术更多时候是为了避免耗时操作堵塞了主线程。而在多核时代，多线程技术才真正完成了提升执行效率的工作。

iOS提供了包括pthread_t在内的四种多线程方案，其中GCD作为苹果爸爸重视的多线程技术从诞生为止一直受到iOS开发者的热爱，其最大的缺点可能在于基于C语言编写的代码不那么的易于编写。

早前，笔者曾经对GCD语法进行了简单的面向对象封装，之后可以通过下面的代码调用多线程方案：

[LXDQueue executeInMainQueue: ^{     NSLog(@"Execute task in main queue"); }];  [LXDQueue executeInGlobalQueue: ^{     NSLog(@"The code will be executed after 1 second"); } delay: 1];

随着开发经历的增长，也逐渐感觉到了这样简单的语法封装对GCD本身的利用还不够好。在学习了YYKit的源码之后，决定对日常使用的多线程方案进行一次更好的封装。

技术总结

虽然本文对于GCD的封装使用到的大部分技术点已经记载在YYKit学习笔记，但是这里还是要简单的提一下所用的技术点：

• 锁技术

其中队列轮询查找用到了OSAtomicIncrement32原子操作

派发任务的状态修改使用dispatch_semaphore_t信号同步

• 函数指针

虽然block无疑是一种更常用的回调手段，但是函数指针的优点在于无需考虑循环引用

• 函数重载

这里涉及到了封装过程中遇到的一个坑，最终采用__attribute__修饰函数来实现重载

• 懒加载

对于并发队列结构的创建总是延后创建的，只有真正用到的时候才会分配内存

• QoS

QoS的分级对于高优先级的线程资源占据有着非常突出的表现

虽然每个技术点都有很多的东西可以发掘，但是笔者不会也暂时没有能力去深入这些技术点。

代码实现

本文的GCD封装基于YYDispatchQueuePool源码修改而成，有LXDDispatchAsync以及LXDDispatchOperation两个文件。前者提供了多个多线程函数接口；后者基于前者进行面向对象封装，提供了取消任务的接口。一个无解的问题是一旦任务开始执行了，那么就无法取消操作。目前的解决方案是block回调中提供了一个判断任务取消的标记，使用者调用时需要判断是否应该中断任务

LXDDispatchAsync.h

typedef NS_ENUM(NSInteger, LXDQualityOfService) {     LXDQualityOfServiceUserInteractive = NSQualityOfServiceUserInteractive,     LXDQualityOfServiceUserInitiated = NSQualityOfServiceUserInitiated,     LXDQualityOfServiceUtility = NSQualityOfServiceUtility,     LXDQualityOfServiceBackground = NSQualityOfServiceBackground,     LXDQualityOfServiceDefault = NSQualityOfServiceDefault, };  void LXDDispatchQueueAsyncBlockInQOS(LXDQualityOfService qos, dispatch_block_t block); void LXDDispatchQueueAsyncBlockInUserInteractive(dispatch_block_t block); void LXDDispatchQueueAsyncBlockInUserInitiated(dispatch_block_t block); void LXDDispatchQueueAsyncBlockInBackground(dispatch_block_t block); void LXDDispatchQueueAsyncBlockInDefault(dispatch_block_t block); void LXDDispatchQueueAsyncBlockInUtility(dispatch_block_t block);

LXDDispatchOperation.h

@class LXDDispatchOperation; typedef void(^LXDCancelableBlock)(LXDDispatchOperation * operation);  /*!  *  @brief  派发任务封装  */ @interface LXDDispatchOperation : NSObject  @property (nonatomic, readonly) BOOL isCanceled;  + (instancetype)dispatchOperationWithBlock: (dispatch_block_t)block; + (instancetype)dispatchOperationWithBlock: (dispatch_block_t)block inQoS: (NSQualityOfService)qos;  + (instancetype)dispatchOperationWithCancelableBlock:(LXDCancelableBlock)block; + (instancetype)dispatchOperationWithCancelableBlock:(LXDCancelableBlock)block inQos: (NSQualityOfService)qos;  - (void)start; - (void)cancel;  @end

为了保证代码能有更高的效率，YYKit里面经常使用结构体+内联函数的组合来替代类+方法，笔者同样效仿了这点（EOC也提到过static inline的技巧）

#define LXD_INLINE static inline  typedef struct __LXDDispatchContext {     const char * name;     void ** queues;     uint32_t queueCount;     int32_t offset; } *DispatchContext, LXDDispatchContext;  LXD_INLINE dispatch_queue_t __LXDQualityOfServiceToDispatchQueue(LXDQualityOfService qos, const char * queueName) {     if (kCFCoreFoundationVersionNumber >= kCFCoreFoundationVersionNumber_iOS_8_0) {         dispatch_qos_class_t qosClass = __LXDQualityOfServiceToQOSClass(qos);         dispatch_queue_attr_t attr = dispatch_queue_attr_make_with_qos_class(DISPATCH_QUEUE_SERIAL, qosClass, 0);         return dispatch_queue_create(queueName, attr);     } else {         dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(queueName, DISPATCH_QUEUE_SERIAL);         dispatch_set_target_queue(queue, dispatch_get_global_queue(__LXDQualityOfServiceToDispatchPriority(qos), 0));         return queue;     } }

封装差异

YYDispatchQueuePool向外暴露了类对象，类对象持有一个并发队列结构。在每次使用到的时候重新创建并发队列结构，类对象在不用的时候释放这个结构的内存：

- (instancetype)initWithName:(NSString *)name queueCount:(NSUInteger)queueCount qos:(NSQualityOfService)qos {     if (queueCount == 0 || queueCount > MAX_QUEUE_COUNT) return nil;     self = [super init];     _context = YYDispatchContextCreate(name.UTF8String, (uint32_t)queueCount, qos);     if (!_context) return nil;     _name = name;     return self; }  - (void)dealloc {     if (_context) {         YYDispatchContextRelease(_context);         _context = NULL;     } }

设计理念是很典型的懒加载思想，用到了就才保留内存。由于大多数情况下，如果应用中用到了多线程技术，那么总是会多次使用。因此基于YYKit的思路，对并发队列结构的生成同样做了懒加载处理，加载后使用静态变量全局保存。相较于原实现，多占用了一些内存，但是更适用于笔者这种多线程重度使用患者：

LXD_INLINE DispatchContext __LXDDispatchContextGetForQos(LXDQualityOfService qos) {     static DispatchContext contexts[5];     int count = (int)[NSProcessInfo processInfo].activeProcessorCount;     count = MIN(1, MAX(count, LXD_QUEUE_MAX_COUNT));     switch (qos) {         case LXDQualityOfServiceUserInteractive: {             static dispatch_once_t once;             dispatch_once(&once, ^{                 contexts[0] = __LXDDispatchContextCreate("com.sindrilin.user_interactive", count, qos);             });             return contexts[0];         }          case LXDQualityOfServiceUserInitiated: {             static dispatch_once_t once;             dispatch_once(&once, ^{                 contexts[1] = __LXDDispatchContextCreate("com.sindrilin.user_initated", count, qos);             });             return contexts[1];         }          case LXDQualityOfServiceUtility: {             static dispatch_once_t once;             dispatch_once(&once, ^{                 contexts[2] = __LXDDispatchContextCreate("com.sindrilin.utility", count, qos);             });             return contexts[2];         }          case LXDQualityOfServiceBackground: {             static dispatch_once_t once;             dispatch_once(&once, ^{                 contexts[3] = __LXDDispatchContextCreate("com.sindrilin.background", count, qos);             });             return contexts[3];         }          case LXDQualityOfServiceDefault:         default: {             static dispatch_once_t once;             dispatch_once(&once, ^{                 contexts[4] = __LXDDispatchContextCreate("com.sindrilin.default", count, qos);         });             return contexts[4];         }     } }

另外，文件对外只暴露C函数接口调起任务派发，替换YYDispatchQueuePool的类调用。

踩坑经历

GCD封装要考虑到线程竞争频发的可能性，使用一个静态的信号量变量来控制线程同步操作是很有必要的。当然重复的wait和signal函数看着也不够优雅，于是决定生成内联函数来完成线程同步的工作。

最开始函数接收一个dispatch_block_t类型的参数，后来想到可以增加一个等待超时参数，方便以后做其他修改。因此采用Objective-C++的方式实现函数默认参数，文件改为LXDDispatchOperation.mm

LXD_INLINE void __LXDLockExecute(dispatch_block_t block, dispatch_time_t threshold = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, DISPATCH_TIME_FOREVER)) {     if (block == nil) { return ; }     static dispatch_semaphore_t lxd_queue_semaphore;     static dispatch_once_t once;     dispatch_once(&once, ^{         lxd_queue_semaphore = dispatch_semaphore_create(0);     });     dispatch_semaphore_wait(lxd_queue_semaphore, threshold);     block();     dispatch_semaphore_signal(lxd_queue_semaphore); }

执行的时候报了个Apple Mach-O Linker Error的错误，坑爹的是这种错误没有更多的具体信息。

一旦注释掉文件中的C函数调用，这个错误又没了。个人才猜想是：mm文件中不允许调用文件外声明的C函数（如果有错，还望在评论中指出如何修改）于是笔者只能改回m后缀，结合Clang Attributes 黑魔法小记中的技巧，最终通过函数重载实现默认参数功能：

#define LXD_FUNCTION_OVERLOAD __attribute__((overloadable))  LXD_INLINE LXD_FUNCTION_OVERLOAD void __LXDLockExecute(dispatch_block_t block) {     __LXDLockExecute(block, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, DISPATCH_TIME_FOREVER)); }  LXD_INLINE LXD_FUNCTION_OVERLOAD void __LXDLockExecute(dispatch_block_t block, dispatch_time_t threshold) {     if (block == nil) { return ; }     static dispatch_semaphore_t lxd_queue_semaphore;     static dispatch_once_t once;     dispatch_once(&once, ^{         lxd_queue_semaphore = dispatch_semaphore_create(0);     });     dispatch_semaphore_wait(lxd_queue_semaphore, threshold);     block();     dispatch_semaphore_signal(lxd_queue_semaphore); }

线程获取

这几天使用过程中发现在适配性上还有些不足，主要是在将多线程方案移植到LXDAppMonitor后，想要获取派发任务所在线程有些麻烦，于是添加了只读的disaptch_queue_t属性，在使用的时候可以随时访问：

@interface LXDDispatchOperation : NSObject  @property (nonatomic, readonly) BOOL isCanceled; @property (nonatomic, readonly) dispatch_queue_t queue;  + (instancetype)dispatchOperationWithBlock: (dispatch_block_t)block; + (instancetype)dispatchOperationWithBlock: (dispatch_block_t)block inQoS: (NSQualityOfService)qos;  + (instancetype)dispatchOperationWithCancelableBlock:(LXDCancelableBlock)block; + (instancetype)dispatchOperationWithCancelableBlock:(LXDCancelableBlock)block inQos: (NSQualityOfService)qos;  - (void)start; - (void)cancel;  @end

最后

通过这段时间简单的阅读，从YYKit中学习了大量的技巧，也巩固了自己的知识点。毫无疑问，YYKit是国内最优秀的源码，非常值得想要深入iOS开发的小伙伴们去仔细研读。

本文demo：LXDDispatchOperation