读 Objective-C 高级编程（七）-- GCD

什么是 GCD？

以下摘自苹果的官方说明，Grand Central Dispatch(GCD) 是异步执行任务的技术之一。
一般将引用程序中记述的线程管理用的代码在系统级中实现。开发者只需要定义想执行的任务并追加到适当的 Dispatch Queue中，GCD 就能生成线程并计划执行任务。由于线程管理是作为系统的一部分来实现的，因此可以统一管理，也可以执行任务，这样比以前的线程更有效率。

模糊的看 GCD

同时我们开发者也简便，看下面一个常用的例子，感受下 GCD。

 dispatch_async(queue, ^{
     // 执行长时间网络处理
     dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
         // 主界面做的事，例如用户刷新
     });
 });

使用了block ，进一步简化了程序代码。当然和preformSelector系方法，NSTread 类进行多线程相比确实简单，也简洁，另外我们可以通过 GCD 提供的系统级线程管理提高执行效率。

此处额外补充下，多线程编程相关的知识点。

例如当我们 iPhone 手机启动某个应用程序后，首先便是将包含在应用程序的 CPU 命令配置到内存中。CPU 从应用程序指定的地址开始，一个一个执行 CPU 命令列。
在 Objective-C中的 if 语句和 for 语句等控制语句或函数调用的情况下，执行命令列的地址会远离当前的位置。但是，由于一个 CPU 一次只能执行一个命令，不能执行某处分开的并列的两个命令，因此通过 CPU 执行的 CPU 命令列就好比一条无分叉的大道，其执行不会出现分歧。

线程

当这种无分叉路径不只有1条的时候，即为多线程。在多线程中，1个 CPU 核执行多条不同路径上的不同命令。

简单的说，当我们要下载图片，又要进行界面其他操作操作的时候，必然要用到多线程，不能同时在一条路上，是没法走的。
一般来说，我们应当使用多线程编程，它可以保证应用程序的响应性能，而 GCD 大大简化了偏于复杂的多线程编码的源代码，所以使用 GCD 是大大推荐的。

GCD 中 API

GCD 中的API

从上图可以看出我们 GCD 中常用的 API，先大致有一个印象，然后我们再一一看看，从下面几个问题的角度进行了解。

1、Dispatch Queue
2、如何得到 Dispatch Queue?
3、Dispatch Queue 中的顺序如何安排 ?
4、多个Dispatch Queue的处理，Dispatch Group？
5、GCD 中还有哪些要注意的API？

1、Dispatch Queue

Dispatch Queue 是什么呢？如名字一样，是执行处理的等待队列。按照先进先出的顺序进行处理，执行处理的方式有两种大致了解下。

Serial Or Concurrent

Serial Dispatch Queue：执行顺序固定。
Concurrent Dispatch Queue ：执行顺序会根据处理内容和系统状态发生改变。

2、如何得到 Dispatch Queue?

2-1、通过 dispatch_queue_create 函数生成 Dispatch Queue。

dispatch_queue_t myQueue = dispatch_queue_create("com.testQueue", NULL);

dispatch_queue_t myQueue = dispatch_queue_create("com.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

通过下面两个宏，也就知道了上述了两种创建队列，分别代表上述两种不同的类型。

#define DISPATCH_QUEUE_SERIAL NULL
#define DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT \
        DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_attr_t, \
        _dispatch_queue_attr_concurrent)

PS:在 MRC 时代，创建后还是要及时释放的。（dispatch_release(myQueue)）

2-2、通过系统标准提供的Dispatch Queue，Main Dispatch Queue、Global Dispatch Queue.

各种系统标准的 Dispatch Queue 的获取方法:

// Main Dispatch Queue 的获取方法
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

// Global Disaotch Queue (优先级高)
dispatch_queue_t globalHighQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);

// Global Disaotch Queue (优先级默认)
dispatch_queue_t globalDefalutQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// Global Disaotch Queue (优先级低)
dispatch_queue_t globalLowQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);

// Global Disaotch Queue (后台优先级)
dispatch_queue_t globalBackgroundQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);

通过identifier 优先级区别

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2)
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN

PS:在 MRC 时代，此处创建后不需要手动释放的。（dispatch_release(myQueue)）

3、Dispatch Queue 中的顺序如何安排 ?

3-1、需要修改队列的优先级的情况，可以使用 dispatch_set_target_queue 改变顺序。

dispatch_queue_t testQueue = dispatch_queue_create("com.testQueue", NULL);
dispatch_queue_t globalBackgroundQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);
dispatch_set_target_queue(testQueue, globalBackgroundQueue);

dispatch_set_target_queue函数的第一个参数是要设置优先级的队列，第二队参数是则是参考的的队列，使第一个参数与第二个参数具有相同的优先级。

dispatch_queue_t queue0 = dispatch_queue_create("com.test.queue0", NULL);
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.test.queue1", NULL);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.test.queue2", NULL);

dispatch_async(queue0, ^{
    NSLog(@"queue0");
});
dispatch_async(queue1, ^{
    NSLog(@"queue1");
});
dispatch_async(queue2, ^{
    NSLog(@"queue2");
});

2016-07-22 00:24:08.176 TestStudy[7691:923862] queue2
2016-07-22 00:24:08.176 TestStudy[7691:923867] queue0
2016-07-22 00:24:08.176 TestStudy[7691:923853] queue1

使用dispatch_set_target_queue 之后

dispatch_queue_t queue0 = dispatch_queue_create("com.test.queue0", NULL);
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.test.queue1", NULL);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.test.queue2", NULL);

dispatch_set_target_queue(queue1, queue0);
dispatch_set_target_queue(queue2, queue0);

dispatch_async(queue0, ^{
    NSLog(@"queue0");
});
dispatch_async(queue1, ^{
    NSLog(@"queue1");
});
dispatch_async(queue2, ^{
    NSLog(@"queue2");
});

2016-07-22 00:26:01.153 TestStudy[7818:925916] queue0
2016-07-22 00:26:01.154 TestStudy[7818:925916] queue1
2016-07-22 00:26:01.154 TestStudy[7818:925916] queue2

通过上述对比，我们发现等于它还可以指定执行顺序的功能，即可防止处理并行执行。

3-2、指定时间后执行处理的情况，dispatch_after

dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3ull * NSEC_PER_SEC);
dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"waited at least three seconds");
    });

注意的是 dispatch_after 函数并不是指定时间后执行处理，而只是在指定时间追加到 Dispatch Queue。此处相当于是3秒后用 dispatch_async 函数追加 block 到 Main Dispatch Queue。

第一个参数是指定时间用的dispatch_time_t类型的值，该值用dispatch_time函数或者dispatch_walltime函数获得。dispatch_time函数获取的是从第一个参数指定的时间开始，到第二个参数指定的毫微秒单位时间后的时间。上面的代码中第一个参数用的DISPATCH_TIME_NOW，表示从现在开始，第二个参数是2ull*NSEC_PER_SEC，表示延迟3秒，合起来就是从现在开始3秒后将Block追加到Main Dispatch Queue中。

ull 是 C 语言的数值字面量，表示“unsigned long long”
数值和NSEC_PER_SEC 的乘积得到的单位为毫微秒的数值。

4、多个Dispatch Queue的处理，Dispatch Group

4-1、dispatch_group_wait

//获取全局并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//创建dispatch_group
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
// 添加到 group 中
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"block 1");
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"block 2");
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"block 3");
});
long result = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
if (result == 0) {
    NSLog(@"属于 group 的全部处理完成");
}
NSLog(@"stop");

2016-07-22 00:48:39.819 TestStudy[7974:937282] block 3
2016-07-22 00:48:39.819 TestStudy[7974:937273] block 2
2016-07-22 00:48:39.819 TestStudy[7974:937288] block 1
2016-07-22 00:48:39.819 TestStudy[7974:937176] 属于 group 的全部处理完成
2016-07-22 00:48:39.819 TestStudy[7974:937176] stop

dispatch_group_wait第一个参数为需要等待的目标调度组，第二个参数则是等待的时间（超时），上面的参数为DISPATCH_TIME_FOREVER，表示永远等待。
dispatch_group_wait函数返回值为0，表示里面的所有任务都已经执行。

指定DISPATCH_TIME_NOW，则不用任何等待即可判定属于Dispatch Group的处理是否执行结束。

long result = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_NOW);

在主线程的RunLoop的每次循环中，可检查执行是否结束，从而不耗费多余的等待时间，虽然这样也可以，但一般在这种情况下，还是推荐用dispatch_group_notify函数追加到结束处理到Main Dispatch Queue中，因为dispatch_group_notify函数可以简化源代码。

4-2、dispatch_group_notify

//获取全局并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
//创建dispatch_group
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
// 添加到 group 中
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"block 1");
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"block 2");
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"block 3");
});

dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"end");
});

NSLog(@"go");

2016-07-22 00:58:01.266 TestStudy[8478:945398] go
2016-07-22 00:58:01.266 TestStudy[8478:945493] block 3
2016-07-22 00:58:01.266 TestStudy[8478:945476] block 1
2016-07-22 00:58:01.266 TestStudy[8478:945487] block 2
2016-07-22 00:58:01.278 TestStudy[8478:945398] end

第一个发现是，一个阻塞（stop）和不阻塞(go)的区别, 此处如同将dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_NOW)一样的效果。而且由于我们是异步把任务添加到队列中，所以任务执行的顺序是不一定的。

5、GCD 中还有哪些要注意的API？

5-1、dispatch_barrier_async

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("my.test.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"one");
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"two");
});
dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"dispatch_barrier");
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"three");
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"four");
});

2016-07-22 01:22:04.573 TestStudy[8608:953771] two
2016-07-22 01:22:04.573 TestStudy[8608:953781] one
2016-07-22 01:22:04.573 TestStudy[8608:953781] dispatch_barrier
2016-07-22 01:22:04.574 TestStudy[8608:953771] four
2016-07-22 01:22:04.574 TestStudy[8608:953781] three

很好的发现，使用并行的时候，我们是无法保证每个任务的执行顺序的，而dispatch_barrier_async则可以使执行某些任务之后，再去执行另外一些任务。换一种说法就是当并发队列如果发现接下来要处理的块是个barrier block,那么就一直要等到当前所有并发块都执行完毕，才会单独执行这个barrier block。

PS：在使用同步锁的时候，也可以很好的利用好它，备注之前我的一个笔记第41条：多用派发队列，少用同步锁

5-2、dispatch_sync

这个是其实我们用的很少，dispatch_sync 就是指定的 block 不是同步的追加到指定的 Dispatch Queue 中，这个API 不仅不实用，而且稍微不小心就死锁啦。

5-3、dispatch_apply

dispatch_apply, 作用是把指定次数指定的block添加到queue中, 第一个参数是重复次数，第二个是要追加对象的 Dispatch Queue，第三个是追加的处理，带有不同参数的处理，为区分各个 block 使用的。dispatch_apply可以利用多核的优势，所以输出的index顺序不是一定的

 dispatch_queue_t queue=dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_apply(5, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%zu",index);
    });
    NSLog(@"done");

dispatch_apply 是同步函数,会阻塞当前线程直到所有循环执行完成。也推荐要使用和 dispatch_async 函数一起使用。

//异步执行
dispatch_async(queue, ^{
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
        //TO DO 
    });
});

另外当提交到并发queue时,循环重复的执行顺序是不确定的。

5-4、dispatch_suspend/dispatch_resume

挂起指定的队列 :dispatch_supend(queue);

当追加大量处理的队列的时候，追加的过程中我希望其中一个队列不被处理的时候，就可以将它挂起。

恢复指定队列: dispatch_resume(queue);

这些函数对已处理的函数没有影响，而如果我又想恢复随时可以恢复，比较实用。

5-5、Dispatch Semaphore

为了更好的控制队列，控制访问某一资源访问数量，Dispatch Semaphore出现啦。Dispatch Semaphore 是持有计数的信号，该计数是多线程编程中的计数类型信号。计数0时为等待，计数1或大于1时，减去1而不等待。

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1); // 信号量计数初始值，计数值 ===1

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); //发出等待信号， 计数值 减1

dispatch_semaphore_signal(semaphore);// 发出通行信号 ，计数值 加1

大致过程如下：

1、先创建一个Dispatch Semaphore对象，用整数值表示资源的可用数量（1）
2、在每个任务中，调用dispatch_semaphore_wait来等待（进行判断）
3、获得资源就可以进行操作（实际操作）
4、操作完后调用dispatch_semaphore_signal来释放资源（减1）

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
NSMutableArray *array = [[NSMutableArray alloc] init];
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
    dispatch_async(queue, ^{
        // 等待，直到 dispatch semaphore 的计数值为大于等于1
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        [array addObject:@(i)];
        //dispatch semaphore 的计数值 + 1
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
}

说真的，Dispatch Semaphore的威力还是很大的，等待着我们尽情去挖掘，在好多优秀的源码中常能看到它的身影。

5-6、dispatch_once

dispatch_once 函数保证在应用程序执行中只执行一次指定处理的 API，这个还是很常见的。

+ (instancetype)sharedInstance {
    static id sharedInstance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        sharedInstance = [[self alloc] init];
    });
    return sharedInstance;
}

官方一点解释：在多核 CPU 中，在正在更新表示是否初始化的标志变量时读取，很有可能多次执行初始化处理，用dispatch_once函数初始化就不必要担心这样的问题，也就是我们常用的单例啦。

总的说来，整体记录下来，感觉对 GCD 又有了一些与以前不同的理解啦，至少以前了解的更浅。也许平常其中有一些 API 我们直接用的并不是很多，但真的不经意间我们就遇到它们啦。学习永不停止，继续学习。。。

最后编辑于：2017.12.03 14:02:16

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