多线程(二) ---> GCD的理解与使用

1. GCD的特点

  • GCD会自动利用更多的CPU内核
  • GCD自动管理线程的生命周期（创建线程，调度任务，销毁线程等）
  • 程序员只需要告诉 GCD 想要如何执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

2. GCD的基本概念

  • 任务（block）：

任务就是将要在线程中执行的代码，将这段代码用block封装好，然后将这个任务添加到指定的执行方式（同步执行和异步执行），等待CPU从队列中取出任务放到对应的线程中执行。

  • 同步（sync）：

一个接着一个，前一个没有执行完，后面不能执行，不开线程。
异步（async）：开启多个新线程，任务同一时间可以一起执行。异步是多线程的代名词

  • 队列：

装载线程任务的队形结构。(系统以先进先出的方式调度队列中的任务执行)。在GCD中有两种队列：串行队列和并发队列。

  • 并发队列：

线程可以同时一起进行执行。实际上是CPU在多条线程之间快速的切换。（并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效）

  • 串行队列：

线程只能依次有序的执行。

GCD总结：
将任务(要在线程中执行的操作block)添加到队列(自己创建或使用全局并发队列)，并且指定执行任务的方式(异步dispatch_async，同步dispatch_sync)

3. 队列的创建方法

  • 使用dispatch_queue_create来创建队列对象，传入两个参数，第一个参数表示队列的唯一标识符，可为空。第二个参数用来表示串行队列（DISPATCH_QUEUE_SERIAL）或并发队列（DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT）。
// 串行队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 并发队列
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
  • GCD的队列还有另外两种
主队列：

主队列负责在主线程上调度任务，如果在主线程上已经有任务正在执行，主队列会等到主线程空闲后再调度任务。通常是返回主线程更新UI的时候使用。dispatch_get_main_queue()

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      // 耗时操作放在这里
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
          // 回到主线程进行UI操作
      });
  });
全局并发队列：

全局并发队列是就是一个并发队列，是为了让我们更方便的使用多线程。dispatch_get_global_queue(0, 0)

//全局并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//全局并发队列的优先级
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 // 高优先级
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 // 默认（中）优先级
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) // 低优先级
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN // 后台优先级
//iOS8开始使用服务质量，现在获取全局并发队列时，可以直接传0
dispatch_get_global_queue(0, 0);

4. 同步/异步/任务、创建方式

  • 同步（sync）使用dispatch_sync来表示。
  • 异步（async）使用dispatch_async。
    任务就是将要在线程中执行的代码，将这段代码用block封装好。
    代码如下：
    // 同步执行任务
    dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 任务放在这个block里
        NSLog(@"我是同步执行的任务");
 
    });
    // 异步执行任务
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 任务放在这个block里
        NSLog(@"我是异步执行的任务");
 
    });

5. GCD的使用

由于有多种队列（串行/并发/主队列）和两种执行方式（同步/异步），所以他们之间可以有多种组合方式。

  1. 串行同步
  2. 串行异步
  3. 并发同步
  4. 并发异步
  5. 主队列同步
  6. 主队列异步
  • 串行同步
    执行完一个任务，再执行下一个任务。不开启新线程。
/** 串行同步 */
- (void)syncSerial {
 
    NSLog(@"\n\n**************串行同步***************\n\n");
 
    // 串行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
 
    // 同步执行
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"串行同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"串行同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"串行同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}

输入结果为顺序执行，都在主线程：

串行同步1   {number = 1, name = main}
串行同步1   {number = 1, name = main}
串行同步1   {number = 1, name = main}
串行同步2   {number = 1, name = main}
串行同步2   {number = 1, name = main}
串行同步2   {number = 1, name = main}
串行同步3   {number = 1, name = main}
串行同步3   {number = 1, name = main}
串行同步3   {number = 1, name = main}
  • 串行异步
    开启新线程，但因为任务是串行的，所以还是按顺序执行任务。
/** 串行异步 */
- (void)asyncSerial {
 
    NSLog(@"\n\n**************串行异步***************\n\n");
 
    // 串行队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
 
    // 同步执行
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"串行异步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"串行异步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"串行异步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}

输入结果为顺序执行

串行异步1   {number = 3, name = (null)}
串行异步1   {number = 3, name = (null)}
串行异步1   {number = 3, name = (null)}
串行异步2   {number = 3, name = (null)}
串行异步2   {number = 3, name = (null)}
串行异步2   {number = 3, name = (null)}
串行异步3   {number = 3, name = (null)}
串行异步3   {number = 3, name = (null)}
串行异步3   {number = 3, name = (null)}
  • 并发同步
    因为是同步的，所以执行完一个任务，再执行下一个任务。不会开启新线程
/** 并发同步 */
- (void)syncConcurrent {
    NSLog(@"\n\n**************并发同步***************\n\n");
    // 并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    // 同步执行
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"并发同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"并发同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"并发同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}

输入结果为顺序执行，都在主线程：

并发同步1   {number = 1, name = main}
并发同步1   {number = 1, name = main}
并发同步1   {number = 1, name = main}
并发同步2   {number = 1, name = main}
并发同步2   {number = 1, name = main}
并发同步2   {number = 1, name = main}
并发同步3   {number = 1, name = main}
并发同步3   {number = 1, name = main}
并发同步3   {number = 1, name = main}
  • 并发异步
    任务交替执行，开启多线程。
/** 并发异步 */
- (void)asyncConcurrent {
 
    NSLog(@"\n\n**************并发异步***************\n\n");
 
    // 并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
 
    // 同步执行
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"并发异步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"并发异步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"并发异步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}

输入结果为无序执行，有多条线程：

并发异步1   {number = 3, name = (null)}
并发异步2   {number = 4, name = (null)}
并发异步3   {number = 5, name = (null)}
并发异步1   {number = 3, name = (null)}
并发异步2   {number = 4, name = (null)}
并发异步3   {number = 5, name = (null)}
并发异步1   {number = 3, name = (null)}
并发异步2   {number = 4, name = (null)}
并发异步3   {number = 5, name = (null)}
  • 主队列同步
    如果在主线程中运用这种方式，则会发生死锁，程序崩溃。
/** 主队列同步 */
- (void)syncMain {
 
    NSLog(@"\n\n**************主队列同步，放到主线程会死锁***************\n\n");
 
    // 主队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
 
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主队列同步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主队列同步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主队列同步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}

主队列同步造成死锁的原因：

  1. 如果在主线程中运用主队列同步，也就是把任务放到了主线程的队列中。
  2. 而同步对于任务是立刻执行的，那么当把第一个任务放进主队列时，它就会立马执行。
  3. 可是主线程现在正在处理syncMain方法，任务需要等syncMain执行完才能执行。
  4. syncMain执行到第一个任务的时候，又要等第一个任务执行完才能往下执行第二个和第三个任务。
  5. 这样syncMain方法和第一个任务就开始了互相等待，形成了死锁。
  • 主队列异步
    在主线程中任务按顺序执行。
/** 主队列异步 */
- (void)asyncMain {
 
    NSLog(@"\n\n**************主队列异步***************\n\n");
 
    // 主队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
 
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主队列异步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主队列异步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"主队列异步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}

输入结果为在主线程中按顺序执行：

主队列异步1   {number = 1, name = main}
主队列异步1   {number = 1, name = main}
主队列异步1   {number = 1, name = main}
主队列异步2   {number = 1, name = main}
主队列异步2   {number = 1, name = main}
主队列异步2   {number = 1, name = main}
主队列异步3   {number = 1, name = main}
主队列异步3   {number = 1, name = main}
主队列异步3   {number = 1, name = main}

GCD线程之间的通讯

开发中需要在主线程上进行UI的相关操作，通常会把一些耗时的操作放在其他线程，比如说图片文件下载等耗时操作。

当完成了耗时操作之后，需要回到主线程进行UI的处理，这里就用到了线程之间的通讯。

- (IBAction)communicationBetweenThread:(id)sender {
 
    // 异步
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 耗时操作放在这里，例如下载图片。（运用线程休眠两秒来模拟耗时操作）
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSString *picURLStr = @"http://www.bangmangxuan.net/uploads/allimg/160320/74-160320130500.jpg";
        NSURL *picURL = [NSURL URLWithString:picURLStr];
        NSData *picData = [NSData dataWithContentsOfURL:picURL];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:picData];
 
        // 回到主线程处理UI
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            // 在主线程上添加图片
            self.imageView.image = image;
        });
    });
}

上面的代码是在新开的线程中进行图片的下载，下载完成之后回到主线程显示图片。

GCD栅栏

当任务需要异步进行，但是这些任务需要分成两组来执行，第一组完成之后才能进行第二组的操作。这时候就用了到GCD的栅栏方法dispatch_barrier_async。

- (IBAction)barrierGCD:(id)sender {
 
    // 并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
 
    // 异步执行
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步1   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步2   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
 
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"------------barrier------------%@", [NSThread currentThread]);
        NSLog(@"******* 并发异步执行，但是34一定在12后面 *********");
    });
 
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步3   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            NSLog(@"栅栏：并发异步4   %@",[NSThread currentThread]);
        }
    });
}

上面代码的打印结果如下，开启了多条线程，所有任务都是并发异步进行。但是第一组完成之后，才会进行第二组的操作。

栅栏：并发异步2   {number = 6, name = (null)}
栅栏：并发异步1   {number = 3, name = (null)}
栅栏：并发异步2   {number = 6, name = (null)}
栅栏：并发异步1   {number = 3, name = (null)}
栅栏：并发异步2   {number = 6, name = (null)}
 ------------barrier------------{number = 6, name = (null)}
******* 并发异步执行，但是34一定在12后面 *********
栅栏：并发异步4   {number = 3, name = (null)}
栅栏：并发异步3   {number = 6, name = (null)}
栅栏：并发异步4   {number = 3, name = (null)}
栅栏：并发异步3   {number = 6, name = (null)}
栅栏：并发异步4   {number = 3, name = (null)}
栅栏：并发异步3   {number = 6, name = (null)}

GCD延时执行

当需要等待一会再执行一段代码时，就可以用到这个方法了：dispatch_after。

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 5秒后异步执行
    NSLog(@"我已经等待了5秒！");
});
GCD实现代码只执行一次
使用dispatch_once能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次。可以用来设计单例。
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    NSLog(@"程序运行过程中我只执行了一次！");
});

GCD快速迭代

GCD有一个快速迭代的方法dispatch_apply，dispatch_apply可以同时遍历多个数字。

- (IBAction)applyGCD:(id)sender {
 
    NSLog(@"\n\n************** GCD快速迭代 ***************\n\n");
 
    // 并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
 
    // dispatch_apply几乎同时遍历多个数字
    dispatch_apply(7, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"dispatch_apply：%zd======%@",index, [NSThread currentThread]);
    });
}

打印结果如下：

dispatch_apply：0======{number = 1, name = main}
dispatch_apply：1======{number = 1, name = main}
dispatch_apply：2======{number = 1, name = main}
dispatch_apply：3======{number = 1, name = main}
dispatch_apply：4======{number = 1, name = main}
dispatch_apply：5======{number = 1, name = main}
dispatch_apply：6======{number = 1, name = main}

GCD队列组

异步执行几个耗时操作，当这几个操作都完成之后再回到主线程进行操作，就可以用到队列组了。

队列组有下面几个特点

  1. 所有的任务会并发的执行(不按序)。
  2. 所有的异步函数都添加到队列中，然后再纳入队列组的监听范围。
  3. 使用dispatch_group_notify函数，来监听上面的任务是否完成，如果完成, 就会调用这个方法。
    队列组示例代码：
- (void)testGroup {
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
 
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"队列组：有一个耗时操作完成！");
    });
 
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"队列组：有一个耗时操作完成！");
    });
 
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"队列组：前面的耗时操作都完成了，回到主线程进行相关操作");
    });
}

打印结果如下：

队列组：有一个耗时操作完成！
队列组：有一个耗时操作完成！
队列组：前面的耗时操作都完成了，回到主线程进行相关操作
至此，GCD的相关内容叙述完毕,如果不足,请批评指正 , 谢谢 !
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