什么是GCD與Dispatch Queue谱醇？

GCD：是Grand Central Dispatch縮寫，是Apple公司封裝的一個用于進(jìn)行并發(fā)程序設(shè)計(jì)的一個API窄锅，它以C語言為基礎(chǔ)伶丐，將線程的操作抽象為對隊(duì)列的操作。
??Dispatch Queue：Dispatch Queue是GCD中用到的隊(duì)列類型锐朴，有串行隊(duì)列、并發(fā)隊(duì)列蔼囊、主隊(duì)列等焚志。

GCD有什么用？

在進(jìn)行iOS開發(fā)過程畏鼓，我們經(jīng)常需要對多個任務(wù)進(jìn)行操作酱酬，這時就需要用到線程，iOS開發(fā)中對線程的操作多種多樣云矫，有PThreads膳沽、NSThread、NSOperation以及GCD让禀。
??Pthread：是類Unix系統(tǒng)中用來對線程進(jìn)行操作的一組C語言寫的API挑社，可以在Unix、Mac OX S巡揍、Linux中使用痛阻，學(xué)習(xí)Linux下的C語言多線程會用到這個。
??NSThread：是Apple對Pthread的抽象腮敌，NSThread對Pthread的抽象程度較低阱当，在進(jìn)行多線程開發(fā)時，依然需要進(jìn)行對線程進(jìn)行創(chuàng)建缀皱、使用斗这、銷毀等操作。
??NSOperation Queue：Apple基于GCD封裝的一種基于Queue操作的并發(fā)處理技術(shù)啤斗。
??GCD:基于C語言封裝的一個對任務(wù)進(jìn)行操作的并發(fā)處理技術(shù)表箭。

??在封裝的三種API中，Apple公司最為推崇GCD與NSOperation Queue钮莲，因?yàn)檫@兩種方式讓開發(fā)者的注意力轉(zhuǎn)向如何對并發(fā)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)免钻，不用關(guān)注線程到底是怎樣執(zhí)行任務(wù)的，提高了開發(fā)的效率崔拥。關(guān)于并發(fā)程序的設(shè)計(jì)可以查看官方文檔Concurrency and Application Design极舔，里面有對GCD、NSOperation Queue以及其它并發(fā)技術(shù)的詳細(xì)講解链瓦。

需要了解的知識

關(guān)于GCD拆魏，需要串行盯桦、并發(fā)和同步以及異步這些知識。在GCD中渤刃，串行和并發(fā)是用來形容Dispatch Queue的拥峦。
??并發(fā)（concurrent）：在操作系統(tǒng)中，同一時間段卖子，有多個程序同時在處理器上執(zhí)行略号，就像這些程序在同時進(jìn)行一樣。在單一CPU的機(jī)器上洋闽，并發(fā)技術(shù)基于時間片技術(shù)玄柠，而在多核機(jī)器上，并發(fā)技術(shù)基于多核技術(shù)的發(fā)展诫舅。在GCD中并發(fā)隊(duì)列中的任務(wù)可以不用等前一個任務(wù)執(zhí)行完就能執(zhí)行羽利。
??串行（serial）：既然并發(fā)是多個程序看起來在同時進(jìn)行，那么串行就是多個程序排隊(duì)一個一個執(zhí)行骚勘。在GCD串行隊(duì)列中铐伴，隊(duì)列中的任務(wù)需要等出隊(duì)的任務(wù)執(zhí)行完后才能接著執(zhí)行。

在GCD中俏讹，同步與異步是指任務(wù)之間的制約關(guān)系的。
??同步：同步在操作系統(tǒng)中是指進(jìn)程之間的制約關(guān)系畜吊。一個進(jìn)程要等另一個進(jìn)程執(zhí)行完成后才能執(zhí)行泽疆，而不是同時執(zhí)行，是進(jìn)程之間的執(zhí)行次序的管理玲献。例如殉疼，進(jìn)程B需要用到進(jìn)程A的結(jié)果才能執(zhí)行，因此系統(tǒng)會先執(zhí)行A然后在執(zhí)行B捌年，進(jìn)程A與B的關(guān)系就是同步瓢娜。同理，在GCD中礼预，具有同步關(guān)系的兩個任務(wù)眠砾，一個需要等另一個執(zhí)行完后才能執(zhí)行，某種程度上托酸，同步的效果與串行相似褒颈。
??異步：與同步的意思相反，既然同步是一個接一個執(zhí)行励堡，那么異步就是后一個任務(wù)不必等前一個任務(wù)執(zhí)行完谷丸，即任務(wù)A執(zhí)行的結(jié)果并不影響任務(wù)B，任務(wù)A與任務(wù)B不相關(guān)应结，沒有確定的先后順序刨疼。

Dispatch Queue類型

串行隊(duì)列：任務(wù)按被加入到隊(duì)列中的順序依次執(zhí)行，每次只從隊(duì)中取出一個任務(wù)執(zhí)行。

串行隊(duì)列

并發(fā)隊(duì)列：同時執(zhí)行一個或多個任務(wù)揩慕，但任務(wù)仍然是按它們被添加到隊(duì)列中的順序開始的亭畜。

并發(fā)隊(duì)列

主隊(duì)列：是一個全局串行隊(duì)列，它在應(yīng)用程序的主線程上執(zhí)行任務(wù)漩绵。因?yàn)樗\(yùn)行在您的應(yīng)用程序的主線程上贱案，主隊(duì)列經(jīng)常被用來作為應(yīng)用程序的一個關(guān)鍵的同步點(diǎn)。

創(chuàng)建Dispatch Queue

1. 串行隊(duì)列

    dispatch_queue_t serial = dispatch_queue_create("serial_queue", 0);
   

參數(shù)一是隊(duì)列名止吐，用于Debug時進(jìn)行跟蹤宝踪，參數(shù)二是隊(duì)列屬性，創(chuàng)建串行隊(duì)列碍扔，默認(rèn)為0瘩燥，或者設(shè)為DISPATCH_QUEUE_SERIAL。

2. 并發(fā)隊(duì)列

   • 自定義并發(fā)隊(duì)列

       dispatch_queue_t concur = dispatch_queue_create("concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
     

與創(chuàng)建串行隊(duì)列一樣不同，不過參數(shù)二為DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT厉膀。
* 全局并發(fā)隊(duì)列

        dispatch_queue_t concur = dispatch_get_global_queue(ISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

參數(shù)一是全局并發(fā)隊(duì)列的優(yōu)先級，參數(shù)二為未來新特性預(yù)留二拐，默認(rèn)為0即可服鹅。全局并發(fā)隊(duì)列分別有四個優(yōu)先級：

        DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGHT,
        DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,
        DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,
        DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND  

3. 主隊(duì)列

    dispatch_queue_t main = dispatch_get_main_queue();
   

隊(duì)列與線程的關(guān)系

objc上一篇名為Concurrent Programming: APIs and Challenges的文章中的一張圖很好的描述了隊(duì)列與線程的關(guān)系。

隊(duì)列與線程池

隊(duì)列與線程的關(guān)系

將任務(wù)添加到隊(duì)列

在GCD中仗哨，任務(wù)通常是以block的形式添加到隊(duì)列當(dāng)中的，任務(wù)的添加有兩種方式铅辞，dispatch_sync（同步）和dispatch_async（異步）厌漂，這兩種添加方式?jīng)Q定了隊(duì)列中的任務(wù)之間的制約關(guān)系。

1. dispatch_sync
   ??將block提交到隊(duì)列中斟珊，并阻塞當(dāng)前隊(duì)列苇倡，直到block執(zhí)行結(jié)束才回返回到當(dāng)前隊(duì)列，提交的任務(wù)之間以同步方式執(zhí)行倍宾。需要注意的是雏节，Apple關(guān)于dispatch_sync的API文檔中有這樣一句話，As an optimization, this function invokes the block on the current thread when possible高职。作為優(yōu)化钩乍，dispatch_sync阻塞當(dāng)前隊(duì)列后，系統(tǒng)會讓當(dāng)前線程執(zhí)行block語句怔锌。

2. dispatch_async
   ??不等提交到隊(duì)列的block開始執(zhí)行就立即返回到當(dāng)前線程寥粹。該函數(shù)將block提交到隊(duì)列后变过，系統(tǒng)會從線程池中分配線程依次執(zhí)行隊(duì)列中的block（并發(fā)隊(duì)列分配的線程個數(shù)由系統(tǒng)的狀態(tài)決定），這樣就實(shí)現(xiàn)了異步的執(zhí)行方式涝涤。

代碼示例：

dispatch_queue_t serial = dispatch_queue_create("serial_queue", 0);
dispatch_queue_t concur = dispatch_queue_create("concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_sync(serial, ^{
    NSLog(@"%@-sync",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(serial, ^{
    NSLog(@"%@-async",[NSThread currentThread])
});
dispatch_main();

以上是對于GCD的基本使用媚狰，有關(guān)GCD的具體使用可以參考官方文檔Dispatch Queue以及官方API參考Dispatch

通過例子我們來看一下，串行隊(duì)列與并發(fā)隊(duì)列的線程數(shù)目阔拳。
代碼示例：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...

        NSLog(@"Hello, World!");

        dispatch_queue_t serial = dispatch_queue_create("serial_queue", 0);
        dispatch_queue_t concur = dispatch_queue_create("concurrent_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
        for(int i = 0; i < 5; i++)
        {
            dispatch_sync(serial, ^{
                NSLog(@"serial-%@-sync",[NSThread currentThread]);
            });
            dispatch_async(serial, ^{
                NSLog(@"serial-%@-async",[NSThread currentThread]);
            });
        }
    
        for(int i = 0; i < 5; i++)
        {
            dispatch_sync(concur, ^{
                NSLog(@"concurrent-%@-sync",[NSThread currentThread]);
            });
            dispatch_async(concur, ^{
                NSLog(@"concurrent-%@-async",[NSThread currentThread]);
            
            });
        }
        dispatch_main();
    }
    return 0;
}

為了結(jié)果直觀顯示崭孤，將不測的部分注釋后運(yùn)行，結(jié)果如下：

1. 串行隊(duì)列同步添加

    2016-08-14 18:20:30.313 GCD[798:89819] Hello, World!
    2016-08-14 18:20:30.315 GCD[798:89819] serial-<NSThread: 0x100602c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:20:30.315 GCD[798:89819] serial-<NSThread: 0x100602c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:20:30.315 GCD[798:89819] serial-<NSThread: 0x100602c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:20:30.315 GCD[798:89819] serial-<NSThread: 0x100602c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:20:30.315 GCD[798:89819] serial-<NSThread: 0x100602c80>{number = 1, name = main}-sync
    Program ended with exit code: 0
   

2. 串行隊(duì)列異步添加

    2016-08-14 18:24:36.657 GCD[830:92007] Hello, World!
    2016-08-14 18:24:36.659 GCD[830:92026] serial-<NSThread: 0x100203d20>{number = 2, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:24:36.659 GCD[830:92026] serial-<NSThread: 0x100203d20>{number = 2, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:24:36.659 GCD[830:92026] serial-<NSThread: 0x100203d20>{number = 2, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:24:36.659 GCD[830:92026] serial-<NSThread: 0x100203d20>{number = 2, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:24:36.659 GCD[830:92026] serial-<NSThread: 0x100203d20>{number = 2, name = (null)}-async
   

3. 并發(fā)隊(duì)列同步添加

    2016-08-14 18:28:53.662 GCD[862:94207] Hello, World!
    2016-08-14 18:28:53.663 GCD[862:94207] concurrent-<NSThread: 0x100502c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:28:53.663 GCD[862:94207] concurrent-<NSThread: 0x100502c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:28:53.663 GCD[862:94207] concurrent-<NSThread: 0x100502c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:28:53.663 GCD[862:94207] concurrent-<NSThread: 0x100502c80>{number = 1, name = main}-sync
    2016-08-14 18:28:53.663 GCD[862:94207] concurrent-<NSThread: 0x100502c80>{number = 1, name = main}-sync
   

4. 并發(fā)隊(duì)列異步添加

    2016-08-14 18:29:39.743 GCD[872:94931] concurrent-<NSThread: 0x100500050>{number = 3, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:29:39.743 GCD[872:94932] concurrent-<NSThread: 0x100700560>{number = 4, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:29:39.743 GCD[872:94933] concurrent-<NSThread: 0x1007006f0>{number = 5, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:29:39.743 GCD[872:94930] concurrent-<NSThread: 0x100403380>{number = 2, name = (null)}-async
    2016-08-14 18:29:39.743 GCD[872:94928] concurrent-<NSThread: 0x100500550>{number = 6, name = (null)}-async
   

對比以上結(jié)果糊肠，可以得出結(jié)論：

1. 隊(duì)列的類型決定所需要的線程的個數(shù)辨宠。串行隊(duì)列和并發(fā)隊(duì)列執(zhí)行任務(wù)所需要的線程個數(shù)不同，串行隊(duì)列只需要一個線程货裹，并發(fā)隊(duì)列需要多個線程（線程個數(shù)由系統(tǒng)決定）嗤形。
2. dispatch_sync和dispatch_async決定了是否開啟線程執(zhí)行隊(duì)列中的任務(wù)。dispatch_sync在當(dāng)前線程中執(zhí)行隊(duì)列中的任務(wù)弧圆，dispatch_async從線程池中至少獲取一個線程來赋兵，保證異步執(zhí)行。
3. 無論是串行隊(duì)列搔预，還是并發(fā)隊(duì)列霹期，使用dispatch_sync添加任務(wù)后，任務(wù)都是在當(dāng)前線程中執(zhí)行拯田，這是由于Apple公司優(yōu)化的結(jié)果经伙。
4. 對于串行隊(duì)列使用dispatch_async，系統(tǒng)會新開一個線程來執(zhí)行隊(duì)列中的任務(wù)勿锅，并沒有開多個線程，可以理解為因?yàn)槿蝿?wù)一次只執(zhí)行一個枣氧，若每個任務(wù)都創(chuàng)建一個線程運(yùn)行溢十，開銷巨大，并不劃算达吞，干脆使用同一線程依次執(zhí)行所有任務(wù)张弛。
5. 對于并發(fā)隊(duì)列使用dispatch_async，由于隊(duì)列中的任務(wù)都需要并發(fā)運(yùn)行酪劫，如果只開一個線程吞鸭，則隊(duì)列中的任務(wù)之間相當(dāng)于串行執(zhí)行，所以開了多個線程覆糟，至于線程開多少個這由系統(tǒng)決定刻剥，例如將for循環(huán)的次數(shù)改為100，可以看到有多個任務(wù)使用同一線程滩字。

參考文章

• Concurrency and Application Design
• Dispatch Queue
• Dispatch
• 關(guān)于iOS多線程造虏，你看我就夠了
• 深入理解 GCD
• GCD源碼分析