Grand Central Dispatch

[TOC]

GCD是什么

Grand Central Dispatch 是蘋果公司發(fā)布的一套多核多線程任務(wù)分發(fā)的解決方案，簡稱GCD搅荞，或者你叫他滾床單也沒有人反對(duì)辈挂，嘿嘿步鉴。

GCD發(fā)布

蘋果公司首次發(fā)布GCD是伴隨Mac OS X 10.6 和 iOS 4系統(tǒng)一起發(fā)布的，也正是伴隨著block塊語法的支持颜懊，GCD技術(shù)將多線程執(zhí)行代碼年堆，通過block封裝成代碼塊，大大提高了多線程開發(fā)的效率呐籽，減少了開發(fā)難度锋勺，也極大增強(qiáng)了代碼的可讀性蚀瘸。

GCD之前的黑暗時(shí)代

如果我將GCD技術(shù)比喻成普羅米修斯帶給人類的火種有一些夸張的話，至少可以將其比作火柴庶橱。而在沒有生火器的石器時(shí)代贮勃，人類只能依靠何鉆木取火。

POSIX線程

POSIX線程(pthread)是一套C語言編寫的線程管理API苏章，面向過程寂嘉，我只在老東家一套C源碼庫中見別人用過，自己從來沒有用過布近，也不會(huì)用垫释，就像我也不會(huì)鉆木取火一樣。

NSThread

Cocoa框架中撑瞧，用OC將pthread對(duì)象化封裝棵譬，就誕生了NSThread操作類，但很可惜至今NSThread.h頭文件中一行注釋都木有预伺，只能看出這個(gè)類早在1994年就已經(jīng)存在了订咸。

這里就不列舉具體事例了，因?yàn)槿缃襁@個(gè)類的使用頻率已經(jīng)非常低了酬诀，唯一一種你可能會(huì)遇到的使用情境是判斷當(dāng)前執(zhí)行線程是否為主線程脏嚷，具體代碼如下

  if([NSThread isMainThread]){
        
  }

但你在GCD和NSOperation出現(xiàn)之前，會(huì)在各種需要多線程處理的情況下瞒御，使用NSThread的隱式調(diào)用方法父叙，也就是NSThread頭文件中給NSObject類作為屬性方法擴(kuò)展的一系列接口：

@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array;
- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;
    // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(nullable NSArray<NSString *> *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
    // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes
- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

@end

總計(jì)五個(gè)API，簡易實(shí)現(xiàn)了一般開發(fā)需要使用的基本線程操作肴裙，避免用戶自己動(dòng)手寫NSThread調(diào)度趾唱，引發(fā)的一些列莫名的死鎖問題，在某種程度上減少了當(dāng)時(shí)的多線程開發(fā)難度蜻懦。

但這些API有一些很直觀的問題甜癞，例如由于OC語言限制，這些API的參數(shù)傳遞宛乃、返回值獲取都不易實(shí)現(xiàn)悠咱，并且實(shí)際寫出來的代碼也會(huì)因?yàn)檫壿嬏D(zhuǎn)分布在文件的各個(gè)位置，影響閱讀和糾錯(cuò)征炼，你不相信請(qǐng)看我從教科書上抄下來的例子：

- (void)launchThreadByNSObject_performSelectorInBackground_withObject
{
    [self performSelectorInBackground:@selector(doWork) withObject:nil];
}

- (void) doWork
{
    /*
     *
     * 長時(shí)間處理
     *
     * 例如  圖像處理
     *      網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)請(qǐng)求
     *      大型數(shù)據(jù)庫操作
     ＊      磁盤操作
     */
    
    //操作結(jié)束后調(diào)用主線程修改UI
    
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(doneWork) withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

- (void) doneWork
{
    //主線程修改UI
}

這個(gè)例子是一個(gè)解決關(guān)于主線程刷新UI問題的例子析既，我們同學(xué)都知道所有有關(guān)UI刷新的方法，務(wù)必要在主線程調(diào)用谆奥，這是個(gè)硬性要求渡贾，是因?yàn)閁I渲染就是在主線程循環(huán)中完成的，如果在支線程中調(diào)用雄右，會(huì)出現(xiàn)莫名其妙的錯(cuò)誤空骚、UI卡死或者程序崩潰。

所以多線程在我們的日常開發(fā)中擂仍，用得最多的地方囤屹，就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的異步請(qǐng)求，然后主線程刷新UI逢渔。將有延遲和計(jì)算量大的操作放在支線程完成肋坚，待完成后使用主線程刷新UI，才能有效地防止主線程UI刷新阻塞肃廓。

iOS 4與block

iOS 4帶來的編譯器對(duì)block塊語法的支持智厌，有點(diǎn)像人類發(fā)現(xiàn)了磷這種易燃物質(zhì)一樣，帶來的是火柴（GCD 和 NSOperation）這個(gè)更簡易的生火工具盲赊。

GCD和NSOperation 可以看作是 pthread(面向過程)和NSThread（面向?qū)ο螅┑腷lock升級(jí)版本铣鹏，帶來的多線程編程體驗(yàn)則是質(zhì)的飛躍。

GCD像是火柴哀蘑，輕便易用诚卸，隨用隨取。NSOperation則像打火機(jī)绘迁，一次開發(fā)合溺，重復(fù)使用。

GCD實(shí)戰(zhàn)

好了缀台，已經(jīng)說了十幾分鐘廢話了棠赛，終要進(jìn)入主題進(jìn)行GCD多線程開發(fā)實(shí)戰(zhàn)。在開始之前膛腐，希望大家要提前學(xué)習(xí)block塊語法的相關(guān)知識(shí)睛约，不要求熟練使用，只要求看得懂依疼。

實(shí)戰(zhàn)一 異步加載

還記得我們?cè)谏厦嬲故镜膹慕炭茣铣聛淼睦用刺等@個(gè)例子如果改成GCD的版本，會(huì)是什么樣子的呢律罢？

//異步請(qǐng)求Dispatch
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    //長時(shí)間處理
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        //主線程更新UI
    });
});

這是什么鬼膀值？我來解釋一下。GCD使用的是C語言風(fēng)格的調(diào)用接口误辑，栗子中調(diào)用了兩次dispatch_async方法沧踏，第一次將長時(shí)間處理操作分撥到支線程處理，在其完成后巾钉，跳轉(zhuǎn)回主線程更新UI翘狱，操作都在方法的block參數(shù)中傳入，簡單明了砰苍，層級(jí)分明潦匈，沒有傳參障礙阱高，沒有閱讀障礙，一氣呵成茬缩，簡直美極了赤惊。

dispatch_async方法傳入的第二個(gè)參數(shù)是執(zhí)行block，沒啥好說的凰锡，第一個(gè)參數(shù)則是線程未舟。dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)方法獲取的Global線程，是非主線程中的一個(gè)掂为，具體是哪個(gè)不用開發(fā)者操心裕膀，反正是系統(tǒng)認(rèn)為這時(shí)候不是很忙的那一個(gè)。而兩個(gè)傳入?yún)?shù)中的第一個(gè)是線程的優(yōu)先級(jí)(共四個(gè)優(yōu)先級(jí))勇哗，第二個(gè)參數(shù)則約定為0昼扛。dispatch_get_main_queue()這個(gè)沒有任何參數(shù)的方法，返回的則是主線程智绸。

注意這里返回的參數(shù)類型是dispatch_queue_t野揪，是一個(gè)普通變量，估計(jì)是線程的索引瞧栗。真是兩三句話就能講明白的方法調(diào)用斯稳，什么你說聽不懂、看不懂迹恐。無所謂呀～ 我們將這段代碼加入代碼片段挣惰，需要使用的時(shí)候拿出來用就行啦。

比如：

圖片異步加載

首先放開權(quán)限NSAppTransportSecurity,NSAllowsArbitraryLoads

NSURLConnection版本

不加多線程異步操作

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"cell" forIndexPath:indexPath];

    [cell.imageView setImage:[UIImage new]];
    
    NSURL* url = [NSURL URLWithString:self.static_data[indexPath.row]];
    NSData* data = [NSURLConnection sendSynchronousRequest:[NSURLRequest requestWithURL:url] returningResponse:nil error:nil];
    UIImage* image = [UIImage imageWithData:data];
    [cell.imageView setImage:image];
    [cell setNeedsLayout];

    return cell;
}

使用GCD以后

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"cell" forIndexPath:indexPath];

    [cell.imageView setImage:[UIImage new]];
    
    NSURL* url = [NSURL URLWithString:self.static_data[indexPath.row]];

    dispatch_async( dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSData* data = [NSURLConnection sendSynchronousRequest:[NSURLRequest requestWithURL:url] returningResponse:nil error:nil];
        UIImage* image = [UIImage imageWithData:data];
        
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            [cell.imageView setImage:image];
            [cell setNeedsLayout];
        });
    });

    return cell;
}

NSURLSession版本

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"cell" forIndexPath:indexPath];
    
//    cell.backgroundColor = [UIColor lightGrayColor];
    // Configure the cell...
    [cell.imageView setImage:[UIImage new]];
    
    NSURL* url = [NSURL URLWithString:self.static_data[indexPath.row]];
    NSURLSessionConfiguration* c = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
    NSURLSession* session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:c];
    NSURLSessionDataTask* task = [session dataTaskWithURL:url completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
        
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            UIImage* image = [UIImage imageWithData:data];
            //                NSLog(@"%@",image);
            //                NSLog(@"%@",cell.imageView);
            [cell.imageView setImage:image];
            [cell setNeedsLayout];
        });
        
    }];
    [task resume];
    return cell;
}

這次試出來UI刷新的阻塞感受了么殴边？霸髅？你說沒有锤岸，那你用真機(jī)調(diào)試一下竖幔，就會(huì)有更明顯的感受了。

UI阻塞在實(shí)際開發(fā)中是偷，偶爾會(huì)遇到拳氢。并且會(huì)引起一些莫名其妙的bug，希望大家再遇到時(shí)候能及時(shí)往這方面思考蛋铆。比如馋评，我們?nèi)绻?code>UIViewController的初始化等一系列加載函數(shù)中加入能引起阻塞的代碼，整個(gè)VC的加載會(huì)產(chǎn)生卡頓刺啦，還很有可能直接崩潰留特。

所以將阻塞操作放在支線程處理，是十分必要的。我們只要將下面代碼存為代碼片段蜕青，隨用隨取苟蹈。

//支線程調(diào)用
dispatch_async( dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            <#code#>
});

//主線程調(diào)用
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        <#code#>
});

實(shí)戰(zhàn)二 同步操作等待

多線程操作的第二個(gè)常用情景就是并行操作等待。

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    // 合并匯總結(jié)果
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
            //并行阻塞操作1
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        NSLog(@"1");
    });
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
        //并行阻塞操作2
        [NSThread sleepForTimeInterval:0.5];
        NSLog(@"2");
    });
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
        //并行阻塞操作3
        NSLog(@"3");
    });
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        //3項(xiàng)操作都完成后調(diào)用主線程更新UI
        NSLog(@"4");
    });

在這段演示代碼里面右核，即使你看不懂GCD相關(guān)調(diào)用汉操，也能猜出最后的輸出結(jié)果對(duì)吧，我解釋一下[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];這句調(diào)用是讓線程睡眠1秒中蒙兰，模擬1秒鐘阻塞。

好的告訴我你的答案芒篷。

3
2
1
4

這也是一段可以收藏為代碼片段的實(shí)用工具搜变，可以起名為并行代碼等待。就像異步等待一樣针炉，我們現(xiàn)在來舉一個(gè)簡單的實(shí)際案例挠他。

并行操作案例

還是舉一個(gè)不是很簡單的例子，也可能不是很實(shí)用篡帕，但絕對(duì)能體現(xiàn)這套邏輯的精髓殖侵。在講栗子之前，我們先來學(xué)習(xí)一下SDWebImage的另外一段代碼（對(duì)镰烧，又是SDWebImage）拢军。

//SDImageCache.m 608行

- (NSUInteger)getSize {
    __block NSUInteger size = 0;
    dispatch_sync(self.ioQueue, ^{
        NSDirectoryEnumerator *fileEnumerator = [_fileManager enumeratorAtPath:self.diskCachePath];
        for (NSString *fileName in fileEnumerator) {
            NSString *filePath = [self.diskCachePath stringByAppendingPathComponent:fileName];
            NSDictionary *attrs = [[NSFileManager defaultManager] attributesOfItemAtPath:filePath error:nil];
            size += [attrs fileSize];
        }
    });
    return size;
}

這段代碼，具體功能是進(jìn)行文件夾文件大小的統(tǒng)計(jì)怔鳖。對(duì)你沒有聽錯(cuò)茉唉，文件夾是無法直接接獲取其大小的，需要遍歷其中每個(gè)文件然后相加統(tǒng)計(jì)结执。

這段代碼實(shí)用GCD度陆，但使用的方法我們前面并沒有講過，我放在后面再說献幔。目前我們的任務(wù)是把這個(gè)方法改造一下懂傀，讓他可以統(tǒng)計(jì)任意的文件夾大小。

- (NSUInteger)getSize:(NSString*)dicPath {
    __block NSUInteger size = 0;
    NSDirectoryEnumerator *fileEnumerator = [[NSFileManager defaultManager] enumeratorAtPath:dicPath];
    for (NSString *fileName in fileEnumerator) {
        NSString *filePath = [dicPath stringByAppendingPathComponent:fileName];
        NSDictionary *attrs = [[NSFileManager defaultManager] attributesOfItemAtPath:filePath error:nil];
        size += [attrs fileSize];
    }
    return size;
}

接下來我們統(tǒng)計(jì)一下cache目錄和tmp目錄的容量

NSArray *paths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSCachesDirectory, NSUserDomainMask, YES);
NSString *cachesDir = [paths objectAtIndex:0];
NSString *tmpDir = NSTemporaryDirectory();
    
NSUInteger cacheSize = [self getSize:cachesDir];
NSUInteger tmpSize = [self getSize:tmpDir];
    
NSLog(@"total size : %@ (%@+%@)",@(cacheSize + tmpSize),@(cacheSize),@(tmpSize));

total size : 657060 (657060+0)

tmp文件夾是空的蜡感，我們換成libiary目錄蹬蚁，不過因?yàn)閏ache目錄在libiary目下，所以是有重復(fù)的铸敏，不過無所謂缚忧。

NSArray *paths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSCachesDirectory, NSUserDomainMask, YES);
NSString *cachesDir = [paths objectAtIndex:0];

NSArray * paths2 = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSLibraryDirectory, NSUserDomainMask, YES);
NSString * libraryPath = paths2[0];
    
NSUInteger cacheSize = [self getSize:cachesDir];
NSUInteger librarySize = [self getSize:libraryPath];
    
NSLog(@"total size : %@ (%@+%@)",@(cacheSize + librarySize),@(cacheSize),@(librarySize));

我們?cè)趫?zhí)行這段代碼的時(shí)候，一般會(huì)很順暢就執(zhí)行完了杈笔，沒有任何阻塞闪水。原因是統(tǒng)計(jì)的目標(biāo)目錄，文件非常少。如果遇到文件稍多的情況球榆，上面這段代碼就出出現(xiàn)阻塞朽肥，又因?yàn)檎麄€(gè)是在主線程操作的，所以必然會(huì)影響到UI的刷新持钉，界面會(huì)卡頓衡招。好，那讓我們運(yùn)用前面的GCD模版來將這段代碼改造成異步執(zhí)行每强。

NSLog(@"1");
    
dispatch_async( dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
   
   NSArray *paths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSCachesDirectory, NSUserDomainMask, YES);
   NSString *cachesDir = [paths objectAtIndex:0];
   
   NSArray * paths2 = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSLibraryDirectory, NSUserDomainMask, YES);
   NSString * libraryPath = paths2[0];
   
   NSUInteger cacheSize = [self getSize:cachesDir];
   NSUInteger librarySize = [self getSize:libraryPath];
   dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
       
           NSLog(@"total size : %@ (%@+%@)",@(cacheSize + librarySize),@(cacheSize),@(librarySize));
       
   });
});
    
NSLog(@"2");

上面是我修改的結(jié)果始腾，大家來分析一下輸出順序，應(yīng)該是

1
2
total size : 1314324 (657060+657264)

前面坐了這么多鋪墊空执，接下來我們進(jìn)入正題浪箭，講解一下串行和并行。串行很好理解辨绊，我們一般寫的代碼都是一步一步一串一串執(zhí)行的奶栖。并行則是多項(xiàng)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行，也不難理解门坷，類似于中學(xué)物理學(xué)的電路的并聯(lián)合串聯(lián)宣鄙。

上面這段代碼，我們前后調(diào)用兩次getSize方法默蚌，按順序分別統(tǒng)計(jì)了兩個(gè)目錄的大小冻晤，我們統(tǒng)計(jì)一下耗時(shí)：

dispatch_async( dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
   
   clock_t begin, duration;
   
   NSArray *paths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSCachesDirectory, NSUserDomainMask, YES);
   NSString *cachesDir = [paths objectAtIndex:0];
   
   NSArray * paths2 = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSLibraryDirectory, NSUserDomainMask, YES);
   NSString * libraryPath = paths2[0];
   
   begin = clock();
   
   NSUInteger cacheSize = [self getSize:cachesDir];
   NSUInteger librarySize = [self getSize:libraryPath];
   
   duration = clock() - begin;
   
   NSLog(@"%@",@((double)duration/CLOCKS_PER_SEC));
   
   dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
       
           NSLog(@"total size : %@ (%@+%@)",@(cacheSize + librarySize),@(cacheSize),@(librarySize));
       
   });
});

0.002481

這里單位是秒，其實(shí)已經(jīng)很快敏簿。 好明也，我們把前面的并行模版套進(jìn)來。

dispatch_async( dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
   
   NSString *path = [[NSBundle mainBundle] bundlePath];
   
   NSArray * paths2 = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSLibraryDirectory, NSUserDomainMask, YES);
   NSString * libraryPath = paths2[0];
   
   __block clock_t begin, duration;
   __block NSUInteger cacheSize,librarySize;
   
   dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
   // 合并匯總結(jié)果
   
   begin = clock();
   dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      
        cacheSize = [self getSize:path];
   });
   dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
   
        librarySize = [self getSize:libraryPath];
   });
   dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
   
        duration = clock() - begin;
       NSLog(@"%@",@((double)duration/CLOCKS_PER_SEC));
       NSLog(@"total size : %@ (%@+%@)",@(cacheSize + librarySize),@(cacheSize),@(librarySize));
   });
});

0.039834

提問

結(jié)果很讓我欣慰惯裕，整整大了一個(gè)數(shù)量級(jí)温数，請(qǐng)你們分析一下原因。

原因也很簡單蜻势，就是因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)這種小目錄是在耗時(shí)太短撑刺，短到比創(chuàng)建GCD Group的CPU占用都要少，所以耗時(shí)不降反增握玛，呵呵够傍。但一旦這個(gè)耗時(shí)任務(wù)CPU占用大于GCD消耗的時(shí)候，并行操作帶來的耗時(shí)收益就是

串行總耗時(shí) - 并行最大耗時(shí)

小結(jié)

這節(jié)課由于篇幅有限挠铲，我們講的內(nèi)容并不多冕屯，但實(shí)用性很高疗我。大家注意到?jīng)]有谋减，從頭到尾我們等于講任何與GCD有關(guān)的接口調(diào)用、類型相關(guān)的內(nèi)容麦向，卻教會(huì)了你進(jìn)行異步請(qǐng)求和同步等待操作的方法，模版拿過來基本不用修改就能嵌套使用浴韭，這就叫知其然丘喻。下一章節(jié)我們?cè)購腁PI方向講解GCD的類型和方法調(diào)用，這叫知其所以然念颈。