iOS多線程實現(xiàn)方案之 -- GCD

昨天通過多線程實現(xiàn)方案之 -- NSThread說了關于 NSThread 多線程的一些知識點和用法, 其實之前我也寫過一篇關于 GCD 的分享-iOS - GCD 編程, 使用的 GCD 是基于封裝過的, 今天是深入學習總結 GCD 相關知識以及 GCD 在實際開發(fā)中的使用

什么是 GCD

全稱是 Grand Central Dispatch
純 C語言, 提供了非常強大的函數(shù)

GCD 的優(yōu)勢

GCD 是蘋果公司為多核的并發(fā)運算提出的解決方案
GCD 會自動利用更多的 CPU 內(nèi)核(比如雙核, 四核)
GCD 會自動管理線程的生命周期, (創(chuàng)建線程, 調(diào)度任務, 銷毀線程)
程序員只需要告訴 GCD 需要執(zhí)行什么任務, 不需要編寫任何線程管理代碼

任務和隊列

GCD 中有兩個核心概念

任務: 執(zhí)行什么操作
隊列: 用來仿什么任務

GCD 使用的兩個步驟

定制任務
- 確定想要做的事情
講任務添加到隊列中
- GCD 會自動將隊列中的任務取出, 放到對應的線程中執(zhí)行
- 任務的取出遵循隊列的 FIFO 原則: 先進先出, 后進后出

執(zhí)行任務

GCD 中有兩個用來執(zhí)行任務的常用函數(shù)

用同步的方式執(zhí)行任務

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, ^{
        // block 內(nèi)容
    });

queue: 隊列
bolck: 任務

用異步方式來執(zhí)行

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, ^{
        // block 內(nèi)容
    });

同步和異步的區(qū)別

同步: 只能在當前線程中執(zhí)行任務, 不具備開新啟線程的能力
異步: 可以在新的線程中執(zhí)行任務, 具備開啟新線程的能力

隊列的類型

并發(fā)隊列(Concurrent Dispatch Queue)

概念:

可以讓多個任務并發(fā)(同時)執(zhí)行(自動開啟多個線程同時執(zhí)行任務)
并發(fā)功能只有在異步(dispatch_async)函數(shù)下才有效

創(chuàng)建方法:

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("abc", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

因為 GCD 默認已經(jīng)提供了全局并發(fā)隊列, 供整個應用使用, 也可以直接獲取

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// 第一個參數(shù)是隊列優(yōu)先級, 第二個參數(shù)一般都是0, 沒什么用

串行隊列(Serial Dispatch Queue)

概念:

讓任務一個接著一個的執(zhí)行 (一個任務執(zhí)行完畢再執(zhí)行下一個任務)

創(chuàng)建方式:

// 第二個隊列類型可以傳 NULL 或者 DISPATCH_QUEUE_SERIAL 效果是一樣的
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("abc", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

還可以使用主隊列, 也就是跟主線程想關聯(lián)的隊列

主隊列是 GCD 自帶的一種特殊串行隊列
放在主隊列中的任務, 多會放到主線程中執(zhí)行
使用dispatch_get_main_queue()獲得主隊列

容易混淆的術語

在 GCD 使用的時候有4個概念比較容易混淆: 同步 - 異步 - 并發(fā) - 串行

同步和異步主要影響: 能不能開啟新線程
- 同步: 只是在當前線程中執(zhí)行任務, 不具備開啟新線程的能力
- 異步: 可以在新的線程中執(zhí)行任務, 具備開啟新線程的能力
并發(fā)和串行主要影響: 任務的執(zhí)行方式
- 并發(fā): 允許多個任務并發(fā)執(zhí)行
- 串行: 一個任務執(zhí)行完畢, 才去執(zhí)行下一個任務

GCD 的基本使用

同步函數(shù)和并發(fā)隊列

直接上代碼

- (void)syncConcurrent {
    
    // 創(chuàng)建隊列
    /*
     第一個參數(shù): C語言的字符串,標簽
     第二個參數(shù): 隊列的類型
     */
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("download", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 定制任務(多任務)
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download1- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download2- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download3- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });   
}

打印結果:

2016-07-28 11:14:52.766 GCD[18620:1367714] download1- <NSThread: 0x7f9ee8e014b0>{number = 1, name = main}
2016-07-28 11:14:52.767 GCD[18620:1367714] download2- <NSThread: 0x7f9ee8e014b0>{number = 1, name = main}
2016-07-28 11:14:52.770 GCD[18620:1367714] download3- <NSThread: 0x7f9ee8e014b0>{number = 1, name = main}

同步函數(shù)是不會開啟子線程的, 所有任務都是在主線程中串行執(zhí)行的.

同步函數(shù)和串行隊列

代碼:

- (void)syncSerial {
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("download", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download1- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download2- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download3- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
}

打印結果:

2016-07-28 11:18:56.510 GCD[18829:1370325] download1- <NSThread: 0x7fe08bf00af0>{number = 1, name = main}
2016-07-28 11:18:56.511 GCD[18829:1370325] download2- <NSThread: 0x7fe08bf00af0>{number = 1, name = main}
2016-07-28 11:18:56.513 GCD[18829:1370325] download3- <NSThread: 0x7fe08bf00af0>{number = 1, name = main}

同樣, 此時也是不會創(chuàng)建子線程的, 所有任務是在主線程中也是串行執(zhí)行, 和同步函數(shù)和并發(fā)隊列時候是一樣的效果.

同步函數(shù)和主隊列

這個就有點特殊了, 為了看效果, 在方法里面加上開始和結束的代碼:

- (void)syncMain {
    
    NSLog(@"---start---");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download1- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download2- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        
        NSLog(@"download3- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    NSLog(@"---end---");
    
}

打印結果:

2016-07-28 12:02:20.473 GCD[21183:1395248] ---start---

并沒有打印結束語句, 說明任務也沒有執(zhí)行,這是怎么回事呢?

這是因為主列發(fā)中的任務都是在主線程中執(zhí)行, 當主隊列發(fā)現(xiàn)當前主線程有任務在執(zhí)行, 那主隊列會暫定調(diào)用對隊列中的任務,直到主線程空閑為止.
簡單點說, 就是主線程發(fā)現(xiàn)有任務, 就要讓主線程去執(zhí)行任務, 但此時的主線程卻在等待這任務執(zhí)行完畢, 不是空閑狀態(tài), 所以主線程無法執(zhí)行任務, 形成死鎖. 而同步函數(shù)又要求任務要立刻馬上按順序執(zhí)行, 所以第一個任務執(zhí)行不了, 后面的當然也執(zhí)行不了 , 就卡在了那里.

那有沒有辦法讓同步函數(shù)和主隊列中的任務執(zhí)行呢? 當然可以, 只是需要把這個方法放到子線程中去, 看代碼:

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(syncMain) toTarget:self withObject:nil];

這個時候再看執(zhí)行結果:

2016-07-28 12:17:01.477 GCD[21971:1403347] ---start---
2016-07-28 12:17:01.481 GCD[21971:1403123] download1- <NSThread: 0x7fca2bc02470>{number = 1, name = main}
2016-07-28 12:17:01.500 GCD[21971:1403123] download2- <NSThread: 0x7fca2bc02470>{number = 1, name = main}
2016-07-28 12:17:01.503 GCD[21971:1403123] download3- <NSThread: 0x7fca2bc02470>{number = 1, name = main}
2016-07-28 12:17:01.504 GCD[21971:1403347] ---end---

發(fā)現(xiàn)已經(jīng)全部執(zhí)行完畢了, 而且是在主線程中執(zhí)行的. 這是因為我們是開啟的子線程來調(diào)用方法, 此時的主線程是空閑的, 然后方法中的任務需要在主線程中執(zhí)行, 就沒有問題了.

異步函數(shù)和并發(fā)隊列

定制三個任務, 看執(zhí)行效果

- (void)asyncConcurrent {
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("download", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
   // 也可以獲取全局并發(fā)隊列,執(zhí)行效果是一樣的
    // dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    
    dispatch_async(queue, ^{
       
        NSLog(@"download1- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    dispatch_async(queue, ^{
       
        NSLog(@"download2- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    dispatch_async(queue, ^{
       
        NSLog(@"download3- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
}

打印結果:

2016-07-28 10:58:05.941 GCD[17694:1357547] download1- <NSThread: 0x7f9c5b6155e0>{number = 2, name = (null)}
2016-07-28 10:58:05.943 GCD[17694:1357551] download3- <NSThread: 0x7f9c5b551df0>{number = 4, name = (null)}
2016-07-28 10:58:05.942 GCD[17694:1357550] download2- <NSThread: 0x7f9c5b548b30>{number = 3, name = (null)}

可以看出隊列開啟了三條子線程區(qū)分別執(zhí)行三個任務, 隊列中的任務是并發(fā)執(zhí)行的. 但是在這里有個注意點:

并不是說有多少任務GCD 就會開啟多少條線程, 具體開啟幾條線程是不確定的, 這個是由系統(tǒng)決定的.

異步函數(shù)和串行隊列

同樣是三個任務,看執(zhí)行效果

- (void)asyncSerial {
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("download", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"download1- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"download2- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"download3- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
}

打印結果

2016-07-28 11:08:08.933 GCD[18241:1363508] download1- <NSThread: 0x7f80c0f11330>{number = 2, name = (null)}
2016-07-28 11:08:08.934 GCD[18241:1363508] download2- <NSThread: 0x7f80c0f11330>{number = 2, name = (null)}
2016-07-28 11:08:08.934 GCD[18241:1363508] download3- <NSThread: 0x7f80c0f11330>{number = 2, name = (null)}

隊列只開啟了一條子線程, 去一個接著一個任務去執(zhí)行.
這種方式對任務的執(zhí)行效率沒有任何提高.

異步函數(shù)和主隊列

代碼:

- (void)asyncMain {
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"download1- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"download2- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSLog(@"download3- %@", [NSThread currentThread]);
        
    });
    
}

打印結果:

2016-07-28 11:55:12.710 GCD[20775:1389553] download1- <NSThread: 0x7fc4ea7033b0>{number = 1, name = main}
2016-07-28 11:55:12.712 GCD[20775:1389553] download2- <NSThread: 0x7fc4ea7033b0>{number = 1, name = main}
2016-07-28 11:55:12.712 GCD[20775:1389553] download3- <NSThread: 0x7fc4ea7033b0>{number = 1, name = main}

主隊列所有的任務確實是在主線程執(zhí)行的, 雖然是異步函數(shù), 但也不會開啟線程.

各種隊列執(zhí)行效果總結

直接在 Excel 里做了個表

總結: GCD 里, 非主隊列情況下只有異步函數(shù)才會開啟新線程, 此時如果是并發(fā)隊列, 會開啟多條線程,如果是串行隊列, 只會開啟一條線程, 其他情況下(包括主隊列) 都不會開啟新線程,并且是串行執(zhí)行任務.

GCD 線程間通信

GCD 線程間通信相對來說是比較簡單的, 直接使用嵌套就可以了.

    // 開啟子線程下載圖片
    // dispatch_sync 和 dispatch_async 兩者效果一樣,因為是在子線程下載的
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 網(wǎng)絡圖片 url
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://pic12.nipic.com/20110114/6621051_221433460330_2.jpg"];
        
        // 下載二進制數(shù)據(jù)到本地
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        
        // 獲取圖片
        UIImage *image = [[UIImage alloc] initWithData:data];
        
        // 回到主線程刷新 UI 圖片
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.imageView.image = image;
        });
        
    });

這樣就能實現(xiàn)在子線程下載圖片,回到主線程刷新 UI 并設置圖片

GCD 常用函數(shù)

delay 延遲操作

先看前兩種方法

NSLog(@"-----start-----");
    
    // 延遲方法 第一種
    [self performSelector:@selector(task) withObject:nil afterDelay:3.0];
    
    // 第二種
    //[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3.0 target:self selector:@selector(task) userInfo:nil repeats:YES];

方法實現(xiàn):

- (void)task {
    NSLog(@"task-%@", [NSThread currentThread]);
}

打印結果是一樣的

2016-07-28 13:27:16.779 GCD 常用函數(shù)[25917:1453136] -----start-----
2016-07-28 13:27:19.782 GCD 常用函數(shù)[25917:1453136] task-<NSThread: 0x7fa1ca604cf0>{number = 1, name = main}

只不過 NSTimer 會循環(huán)打印

用 GCD 會更簡單一些

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"GCD-%@", [NSThread currentThread]);
    });

不需要額外寫其他方法, 在 block 里直接聲明要執(zhí)行的任務就可以了.

2016-07-28 13:30:20.043 GCD 常用函數(shù)[26131:1456661] -----start-----
2016-07-28 13:30:23.342 GCD 常用函數(shù)[26131:1456661] GCD-<NSThread: 0x7fe4687013f0>{number = 1, name = main}

也能達到延遲操作的作用, 此時是默認在主線程中執(zhí)行的 . GCD 可以修改任務任務執(zhí)行所在的線程.

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)), queue, ^{
        NSLog(@"GCD-%@", [NSThread currentThread]);
    });

此時的執(zhí)行效果

2016-07-28 13:33:57.186 GCD 常用函數(shù)[26332:1459149] -----start-----
2016-07-28 13:34:00.188 GCD 常用函數(shù)[26332:1459321] GCD-<NSThread: 0x7f90c37146b0>{number = 2, name = (null)}

可以看到任務是在子線程中執(zhí)行的.

once 一次性執(zhí)行

直接上代碼

    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"once - %@", [NSThread currentThread]);
    });

打印結果:

2016-07-28 13:37:36.106 GCD 常用函數(shù)[26532:1461714] once - <NSThread: 0x7fead2e01670>{number = 1, name = main}

之后就不會再運行了, 它是在整個運行程序中只會執(zhí)行一次, GCD 的一次性執(zhí)行代碼一般都是用在單例設計模式中.保證全局只有一個對象實例.

GCD 柵欄函數(shù)

在異步函數(shù)中控制任務執(zhí)行的順序, 只有當柵欄函數(shù)執(zhí)行完畢之后才會執(zhí)行后面的任務.

注意:柵欄函數(shù)不能使用全局并發(fā)隊列

依然不善表達,直接上代碼, 為了能看出效果, 讓每個任務都執(zhí)行10次:

    // 創(chuàng)建并發(fā)隊列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("aaa", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    // 異步函數(shù)
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            NSLog(@"download1 - %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            NSLog(@"download2 - %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    // 柵欄函數(shù)
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++");
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            NSLog(@"download3 - %@", [NSThread currentThread]);
        }
    });

執(zhí)行結果:

只有在柵欄函數(shù)前面的任務全部執(zhí)行完畢后, 才會執(zhí)行后面的任務.

GCD 的 apply (快速迭代)

迭代: 也就是遍歷
之前我們用的最多的就是 for 循環(huán)區(qū)遍歷10000次任務, 接下來我們就對比一下兩者有什么區(qū)別, 為了看出效果, 都加上耗時計算
首先是 for 循環(huán)

    NSDate* tmpStartData = [NSDate date];
    
    for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
        NSLog(@"for- %d -- %@", i, [NSThread currentThread]);
    }
    
    double deltaTime = [[NSDate date] timeIntervalSinceDate:tmpStartData];
    NSLog(@"for 耗時 = %f", deltaTime);

運行結果:

for 循環(huán)用時約 10.5秒, 而且全部是在主線程中執(zhí)行的

接著用 GCD 的快速迭代

    NSDate* tmpStartData = [NSDate date];
    
    /*
     第一個參數(shù): 迭代次數(shù)
     第二個參數(shù): 線程隊列(并發(fā)隊列)
     第三個參數(shù): index 索引
     */
    dispatch_apply(10000, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^(size_t index) {
        NSLog(@"GCD- %zd -- %@", index, [NSThread currentThread]);
    });
    
    double deltaTime = [[NSDate date] timeIntervalSinceDate:tmpStartData];
    NSLog(@"GCD 耗時 = %f", deltaTime);

運行結果

從上面兩張圖可以看出, GCD 快速迭代的是開啟了子線程去執(zhí)行的,而且主線程也參與了, 由于不是一個線程, 所以迭代也不是按順序的. 最后,用時5.08秒, 明顯快于 for 循環(huán)遍歷.

GCD 隊列組

隊列組的作用: 當執(zhí)行隊列組通知模塊時能保證放進隊列組里的任務全部執(zhí)行完畢了(之前那篇iOS - GCD 編程里也有類似介紹,不過那個是對 GCD 封裝過的方法)

```
// 創(chuàng)建隊列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

// 創(chuàng)建隊列組
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

//隊列組異步函數(shù)執(zhí)行任務
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"任務1 -- %@", [NSThread currentThread]);
});

dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"任務2 -- %@", [NSThread currentThread]);
});

dispatch_group_async(group, queue, ^{
    NSLog(@"任務3 -- %@", [NSThread currentThread]);
});

// 隊列組攔截通知模塊(內(nèi)部本身是異步執(zhí)行的,不會阻塞線程)
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
    NSLog(@"------隊列租任務執(zhí)行完畢-------");
});
```

執(zhí)行效果:

關于 GCD 的相關知識點基本總結完畢, 下篇文章接著總結 NSOperation 的相關知識點

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iOS - GCD 編程

最后編輯于：2019.04.30 08:51:06

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iOS多線程實現(xiàn)方案之 -- GCD

什么是 GCD

GCD 的優(yōu)勢

任務和隊列

GCD 中有兩個核心概念

GCD 使用的兩個步驟

執(zhí)行任務

GCD 中有兩個用來執(zhí)行任務的常用函數(shù)

隊列的類型

并發(fā)隊列(Concurrent Dispatch Queue)

串行隊列(Serial Dispatch Queue)

容易混淆的術語

GCD 的基本使用

同步函數(shù)和并發(fā)隊列

同步函數(shù)和串行隊列

同步函數(shù)和主隊列

異步函數(shù)和并發(fā)隊列

異步函數(shù)和串行隊列

異步函數(shù)和主隊列

各種隊列執(zhí)行效果總結

GCD 線程間通信

GCD 常用函數(shù)

delay 延遲操作

once 一次性執(zhí)行

GCD 柵欄函數(shù)

GCD 的 apply (快速迭代)

GCD 隊列組

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