GCD(Grand_Central_Dispatch) 詳解－

什么是線程？####

當(dāng)一個應(yīng)用程序安裝到 Mac 或 iPhone上的時候， Mac、iPhone 的操作系統(tǒng) OSX, iOS 會根據(jù)用戶的姿勢啟動該應(yīng)用程序后，一個一個地執(zhí)行CPU命令行，先執(zhí)行一個命令，再接著執(zhí)行另一個命令，這樣不斷的循環(huán)下去。

CPU 一次只能執(zhí)行一個命令， 不能執(zhí)行某處分開的并行的兩個命令，因此通過 CPU 執(zhí)行的 CPU 命令就好比一份無分叉的大道，其執(zhí)行不會出現(xiàn)分歧。所以，1個CPU 執(zhí)行的CPU命令列為一條無分叉路經(jīng)即為線程;

但，這種無分叉路經(jīng)不只一條，存在多條時候，即為多線程，1 個 CPU 核執(zhí)行多條不同路徑上的不同命令。 雖然CPU相關(guān)技術(shù)很多， 但基本上1個CPU核一次能夠執(zhí)行的CPU命令始終為1。 OS X和 iOS 的內(nèi)核在發(fā)生操作系統(tǒng)事件的時候，會切換執(zhí)行路經(jīng)，執(zhí)行中路經(jīng)的狀態(tài)，例如CPU的寄存器等信息保存到各自路經(jīng)專用的內(nèi)存中，從切換目標(biāo)路經(jīng)專用的內(nèi)存中復(fù)原CPU寄存器等信息，繼續(xù)執(zhí)行切換路經(jīng)的 CPU 命令行，這個被稱為｀上下文切換｀；因而其實線程之間一直進(jìn)行著上下文切換。

多線程容易出現(xiàn)問題，如 多個線程更新相同的資源會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致（數(shù)據(jù)競爭）、停止等待時間的線程會導(dǎo)致多個線程相互持續(xù)等待（死鎖）、使用太多線程會消耗大量內(nèi)存等。

死鎖
數(shù)據(jù)競爭.png
大量線程.png

即使有問題，也要采用多線程，這樣才能保證應(yīng)用程序的響應(yīng)性能，啟動后， 最先執(zhí)行的線程（主線程）描繪界面、處理觸摸屏幕的時間等等，若是在主線程中進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)操作便會阻塞主線程，從而導(dǎo)致沒法再更新用戶界面，出現(xiàn)長時間卡頓。

主線程卡頓.png

GCD大大簡化了偏于復(fù)雜的多線程的源代碼。

什么是GCD？####

GCD是異步執(zhí)行任務(wù)的技術(shù)之一， 一般將應(yīng)用程序中記述的線程管理用的代碼在系統(tǒng)級中的實現(xiàn)，開發(fā)者只需要定義想執(zhí)行的任務(wù)并追加到適當(dāng)?shù)?Dispatch Queue 中，GCD 就能生成必要的線程并計劃執(zhí)行任務(wù)，由于線程管理是作為系統(tǒng)的一部分來實現(xiàn)的，因此可以統(tǒng)一管理，也可執(zhí)行任務(wù)，這樣就比以前的線程更有效率。

也就是說，GCD 用我們難以置信的非常簡潔的記述方法，實現(xiàn)了極為負(fù)責(zé)繁瑣的多線程編程，可以說這是一項劃時代的技術(shù)。

dispatch_async(queue, ^{
// 這一行的代碼表示處理在后臺線程執(zhí)行
/*
 * 長時間處理的工作
 * 如一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理
 */
       dispatch_async(dispatch_get_main_queue(),^{
 // 這代碼表示在主線程中執(zhí)行
 /*
  * 只在主線程可以執(zhí)行的處理
  * 例如用戶界面更新
  */    
  });     
 });
Disaptch Queue#####

開發(fā)者要做的只是定義想執(zhí)行的任務(wù)并追加到適當(dāng)?shù)腄ispatch Queue中。

就如同:
 
dispatch_async(queue, ^{
 /*
  * 想執(zhí)行的任務(wù)
  */
 })

使用了 Block 語法“定義想執(zhí)行的任務(wù)”，通過 dispatch_async 函數(shù)“追加”賦值在變量 queue 的 “Dispatch Queue 中”，這樣就可以指定 Block 在另一個線程中執(zhí)行?！啊盌ispatch Queue 按照追加的順序（FIFO）執(zhí)行處理。

在執(zhí)行處理時候，存在兩種 Disparch Queue, 一種是等待執(zhí)行中處理的 Serial Dispatch Queue， 另一種是不等待現(xiàn)在執(zhí)行中處理的 Concurrent Dispatch Queue。

dispatch_async(queue, block0);
dispatch_async(queue, block1);
dispatch_async(queue, block2);
dispatch_async(queue, block3);           
dispatch_async(queue, block4);
dispatch_async(queue, block5);

如以上代碼，當(dāng) queue 為 Serial Dispatch Queue 時候，因為要等待現(xiàn)在執(zhí)行中的處理結(jié)果，所以順序為

block0
block1
block2
block3
block4
block5

當(dāng)變量 queue 為 Concurrent Dispatch Queue 時，因為不用等待現(xiàn)在執(zhí)行中的處理結(jié)束，所以執(zhí)行了 block0 不不管其是否執(zhí)行結(jié)束都執(zhí)行 block1， 如此重復(fù)。

iOS 和 OS X 的核心 －－XNU 內(nèi)核決定應(yīng)當(dāng)使用的線程數(shù)，并只生成所需要的線程執(zhí)行處理，當(dāng)處理結(jié)束，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的處理數(shù)減少時，XNU 內(nèi)核會結(jié)束不再需要的線程。
dispatch_queue_create#####

通過 Dispatch_queue_create 函數(shù)生成 Dispatch Queue。

      dispatch_queue_t mySyrialQueue = dispatch_queue_create("com.queue.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
      dispatch_async(mySyrialQueue, ^{
    NSLog(@"mySyrialQueue block");
      });
      
      // 第一個參數(shù)指定 Queue 的名稱，建議使用應(yīng)用程序 ID 這種命名方式， 當(dāng)然也可以設(shè)置為 NULL;
      // 第二個參數(shù)指定  DISPATCH_QUEUE_SERIAL 或 NULL 表示 生成 Serial Dispatch Queue

雖然 Serial Dispatch Queue 同時只能追加一個處理，但當(dāng)生成多個 Serial Dispatch Queue 時，各個 Serial Dispatch Queue 將并行執(zhí)行，即同時執(zhí)行多個。系統(tǒng)對于一個 Serial Dispatch Queue 就只能生成并使用一個線程， 如果生成2000個 Serial Dispatch Queue, 那么就可以生成2000多個線程。如果過多的使用線程，就會消耗大量的內(nèi)存，引起大量的上下文切換，大幅度降低系統(tǒng)的響應(yīng)性能。

所以， 盡量在“避免多個線程更新相同資源導(dǎo)致數(shù)據(jù)競爭時”使用 Serial Dispatch Queue

使用 Serial Dispatch Queue
    dispatch_queue_t myConcurrentQueue = dispatch_queue_create("com.queue.concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(myConcurrentQueue, ^{
    NSLog(@"myConcurrentQueue block");
    });
    // 第一個參數(shù)指定 Queue 的名稱，建議使用應(yīng)用程序 ID 這種命名方式， 當(dāng)然也可以設(shè)置為 NULL;
    // 第二個參數(shù)指定  DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 生成 Concurrent Dispatch Queue
Main Dispatch Queue/Global Dispatch Queue

除了創(chuàng)建線程之外， 系統(tǒng)還提供了標(biāo)準(zhǔn)的 Dispatch Queue, 就是 Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue。

  • Main Dispatch Queue
    主線程， 是一個 Serial Dispatch Queue，追加到主線程的處理在主線程的 RunLoop 中執(zhí)行， 由于在主線程中執(zhí)行，因此要將用戶界面的界面更新等一些必須在主線程中執(zhí)行的處理追加到 Main Dispatch Queue 使用。

  • Global Dispatch Queue
    Global Dispatch Queue 是所有的應(yīng)用程序都能使用的 Concurrent Dispatch Queue，沒有必要通過 dispatch_queue_create 函數(shù)來逐個生成 Concurrent Dispatch Queue。只要獲取即可。它包含四個執(zhí)行優(yōu)先級。

    • 高優(yōu)先級（High Priority）
    • 默認(rèn)優(yōu)先級（Default Priority）
    • 低優(yōu)先級（Low priority）
    • 后臺優(yōu)先級（Background Poriority）

    在向 Global Dispatch Queue 追加處理的時候，應(yīng)選擇與處理內(nèi)容對應(yīng)的執(zhí)行優(yōu)先級的 Global Dispatch Queue。但是并不能保證實時性，因此優(yōu)先級只是大致的判斷。

     // Main Dispatch Queue 的獲取方法
     dispatch_queue_t mainDisatchQueue = dispatch_get_main_queue();

     // Global Dispatch Queue(高優(yōu)先級)的獲取方法
 
     dispatch_queue_t globalDispatchQueueHigh = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);
     DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH        // 高優(yōu)先級
     DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW         // 低優(yōu)先級
     DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT     // 默認(rèn)優(yōu)先級
     DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND  // 后臺優(yōu)先級
      
     // 使用 Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue 源碼
     /*
      * 在默認(rèn)的優(yōu)先級的 Global Dispatch Queue 中執(zhí)行 block
      */
      dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0),^{
      //  可并行執(zhí)行的處理
      //  在 main 中block
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        
        // 在 主線程中 執(zhí)行 Block
        });
       
     });
dispatch_after#####
  • 在指定時間后執(zhí)行處理的情況，可以使用 dispatch_after， 需要注意的是 dispatch_after 并不是在指定時間后執(zhí)行處理，而是在指定時間追加處理到 Dispatch Queue。
  dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3ull * NSEC_PER_MSEC);
  
    // ull為C語言數(shù)值字面量。
    
  dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^{
 
   NSLog(@"waited at least three secons");
  });
   // 第一個參數(shù) 指定時間用的 dispatch_time_t 類型的值 使用 dispatch_time 函數(shù)或者 dispatch_walltime 函數(shù)構(gòu)成
   // dispatch_time_t 表示相對時間， dispatch_walltime 表示絕對時間
  
 以上代碼，因為 Main Dispatch Queue 在主線程的 RunLoop 中執(zhí)行，所以必入每隔 1/60 秒執(zhí)行的 RunLoop 中， Block 最快在3秒后執(zhí)行，最慢也在3+1/60秒后執(zhí)行，
  • dispatch_time_t 函數(shù)
    dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3ull * NSEC_PER_MSEC);
    
 函數(shù)獲取從第一個參數(shù) 制定的時間開始到第二個參數(shù)指定的毫微秒單位時間后的時間。第一個參數(shù)經(jīng)常使用的值是 `DISPATCH_TIME_NOW` 表示現(xiàn)在的時間。 "ull"表示 C 語言的數(shù)字面量（表示“unsigned long long”）
      
    NSEC_PER_MSEC 表示以毫秒為單位
    NSEC_PER_SEC  表示為秒
Dispatch Group#####

在追加到 Dispatch Queue 中的多個處理全部結(jié)束后限制性結(jié)束處理， 這種情況經(jīng)常出現(xiàn)， 當(dāng)為 Serial Dispatch Queue 時候， 只要將想要執(zhí)行的處理全部追加到 Serial Dispatch Queue 中并在最后追加結(jié)束處理即可實現(xiàn)，但是要使用 Concurrent Dispatch Queue 時或同事使用多個 Dispatch Queue 時候，源碼就會變得頗為復(fù)雜。
此種情況適合使用 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(@"block1");});
dispatch_group_async(group, queue, ^{NSLog(@"block2");});
dispatch_group_async(group, queue, ^{NSLog(@"block3");});

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

// 執(zhí)行結(jié)果
block1
block2
block3
done

因為向 Global Dispatch Queue 即 Concurrent Dispatch Queue 追加處理，多個線程并行處理執(zhí)行，所以追加處理的執(zhí)行順序不定，執(zhí)行時候會發(fā)生變化，但是此執(zhí)行結(jié)果的 done 一定是最后輸出的。

無論向什么樣的 Dispatch Queue 中追加處理， 使用 Dispatch Group 都可監(jiān)視這些處理執(zhí)行的結(jié)束，一旦監(jiān)測到所有的處理執(zhí)行結(jié)束， 就可以結(jié)束的處理追加到 Dispatch Queue 中， 這就是使用 Dispatch Group 的原因。

dispatch_group_notify 函數(shù)第一個參數(shù)為指定的要監(jiān)視的 Dispatch Group. 在追加到該 Dispatch Group 的全部處理執(zhí)行結(jié)束后，將第三個參數(shù)的 block 追加第二個參數(shù)的 Dispatch Queue 中， 在 dispatch_group_notify 函數(shù)中不管指定什么樣的 Dispatch Queue。屬于 Dispatch Group 的全部處理在追加到指定的 Block 時都已執(zhí)行結(jié)束。

除了 dispatch_group_async 之外，還可以使用dispatch_group_wait 僅等待全部處理執(zhí)行結(jié)束。

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(@"block1");});
dispatch_group_async(group, queue, ^{NSLog(@"block2");});
dispatch_group_async(group, queue, ^{NSLog(@"block3");});

NSInteger i = dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 如果 i = 0 表示處理結(jié)束， 反之 Group 并沒執(zhí)行完。

 第二個參數(shù)，為 dispatch_time_t 類型，為等待的時間， 假設(shè)block1里執(zhí)行了復(fù)雜的耗時操作超過一秒， 當(dāng)?shù)诙€參數(shù)為小于1 秒時， 這 `dispatch_group_wait` 返回的 肯定不為0 則表示為 Group 并沒執(zhí)行完， 假設(shè)第二個參數(shù)為 `DISPATCH_TIME_FOREVER` ，意味永久等待，所以只要 Group 的處理尚未執(zhí)行結(jié)束， 就會一直等待， 中途不能取消。 也就 `dispatch_group_wait` 返回的值也一定為0；
dispatch_barrier_async#####

訪問數(shù)據(jù)庫或者文件的時候，如前所述，使用 Serial Dispatch Queue 可避免數(shù)據(jù)競爭的問題。 寫入數(shù)據(jù)處理不可與其他寫入數(shù)據(jù)處理以及包涵讀取處理的其它某些處理并行執(zhí)行，但是如果讀取處理只是與讀取處理并行執(zhí)行， 那么多個并行執(zhí)行就不會發(fā)生問題。
首先，用 dispatch_queue_create 函數(shù)生成 Concurrent Dispatch Queue, 在 dispatch_async 中追加讀取處理。

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.gcd.forBarrier", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, block0_for_reading);
    dispatch_async(queue, block1_for_reading);
    // 進(jìn)行寫入操作
    dispatch_async(queue, block0_for_writing);
    //
    dispatch_async(queue, block2_for_reading);
    dispatch_async(queue, block3_for_reading);

若按此代碼執(zhí)行， 在 bock1 與 block2 之間執(zhí)行寫入操作，就可能會在追加寫入之前的處理中讀取到與期待不符合的數(shù)據(jù)，還可能因為非法的訪問導(dǎo)致應(yīng)用程序一場。若采用以下操作：

       dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.gcd.forBarrier", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, block0_for_reading);
    dispatch_async(queue, block1_for_reading);
    // 進(jìn)行寫入操作
    dispatch_barrier_async(queue, block0_for_writing);
    //
    dispatch_async(queue, block2_for_reading);
    dispatch_async(queue, block3_for_reading);
dispatch_barrier_async函數(shù).png

則會有效的防止出現(xiàn)的問題，因為 dispatch_barrier_async 函數(shù)會等待追加到 Concurrent Dispatch Queue 上的并執(zhí)行的處理全部結(jié)束之后，再將指定的處理追加到該 Concurrent Dispatch Queue 中，然后由 dispatch_barrier_async 函數(shù)追加的處理執(zhí)行完畢之后，Concurrent Dispatch Queue 的處理又開始執(zhí)行。

以上內(nèi)容來整理來自于 (Objective-C高級編程 iOS與OS X 多線程和內(nèi)存管理)

gcd??戳這

最后編輯于 ：
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
【社區(qū)內(nèi)容提示】社區(qū)部分內(nèi)容疑似由AI輔助生成，瀏覽時請結(jié)合常識與多方信息審慎甄別。
平臺聲明：文章內(nèi)容（如有圖片或視頻亦包括在內(nèi)）由作者上傳并發(fā)布，文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點，簡書系信息發(fā)布平臺，僅提供信息存儲服務(wù)。

相關(guān)閱讀更多精彩內(nèi)容

友情鏈接更多精彩內(nèi)容