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iOS超级超级详细介绍GCD

发表于 | 分类于

什么是GCD

Grand Central Dispatch（GCD）是异步执行任务的技术之一。一般将应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就能生成必要的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，因此可统一管理，也可执行任务，这样就比以前的线程更有效率。

Dispatch Queue

将想执行的任务追加到适当的Dispatch Queue

Dispatch Queue种类 说明
Serial Dispatch Queue 串行队列，任务按照追加顺序处理(FIFO)
Concurrent Dispatch Queue 并行队列

串行队列

并行队列.jpg

并行队列

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重点

串行队列只有一个线程，并行队列有多个线程。

自建Queue

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dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.test.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);//创建了一个并行队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.test.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);//创建了一个串行队列

系统Queue

  • Main DispatchQueue
    在主线程中执行的Dispatch Queue。因为主线程只有1个，所以Main Dispatch Queue是串行队列。加入到主队列中的任务一定不会生成新的线程，因为主队列必须有且只有一条主线程。
  • Global Dispatch Queue
    一个所有应用程序都能够使用的并发队列。加入到该队列中的任务不一定会生成线程。因为有线程重用的现象

iOS8.0之后的权限

名称 描述
QOS_CLASS_USER_INTERACTIVE 与用户交互的任务，这些任务通常跟UI级别的刷新相关，比如动画，这些任务需要在一瞬间完成
QOS_CLASS_USER_INITIATED 由用户发起的并且需要立即得到结果的任务，比如滑动scroll view时去加载数据用于后续cell的显示，这些任务通常跟后续的用户交互相关，在几秒或者更短的时间内完成
QOS_CLASS_DEFAULT 优先级介于user-initiated 和 utility，当没有 QoS信息时默认使用，开发者不应该使用这个值来设置自己的任务
QOS_CLASS_UTILITY 一些可能需要花点时间的任务，这些任务不需要马上返回结果，比如下载的任务，这些任务可能花费几秒或者几分钟的时间
QOS_CLASS_BACKGROUND 这些任务对用户不可见，比如后台进行备份的操作，这些任务可能需要较长的时间，几分钟甚至几个小时
QOS_CLASS_UNSPECIFIED 未指定

Dispatch Group

dispatch_group是GCD的一项特性，能够把任务分组。调用者可以等待这组任务执行完毕，也可以提供回调函数之后继续往下执行，这组任务完成时，调用者会得到通知。常用场景比如说，下载一个大的文件，分块下载，全部下载完成后再合成一个文件。再比如同时下载多个图片，监听全部下载完后的动作

  • 创建group

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

  • 添加任务

    • dispatch_group_async(dispatch_group_t group,
      dispatch_queue_t queue,
      dispatch_block_t block);

      将一个任务添加到指定group中

    • dispatch_group_enter(dispatch_group_t group);
      dispatch_group_leave(dispatch_group_t group);

      这两个函数同上边一样的效果，不过一定要注意这两个函数必须成对出现！否则这一组任务就永远执行不完。

  • 监听任务完成

    • dispatch_group_notify(dispatch_group_t group,
      dispatch_queue_t queue,
      dispatch_block_t block);
      开发者可以传入block，等dispatch group 执行完毕之后，块会在特定的线程上执行，而不阻塞线程。
    • long dispatch_group_wait(dispatch_group_t group, dispatch_time_t timeout);

    timeout参数表示函数在等待dispatch group执行完毕后，应该阻塞多久。如果执行dispatch group所需的时间小于timeout，则返回0，否则返回非0值.此参数可以取常量DISPATCH_TIME_FOREVER，这表示函数会一直等着dispatch group 执行完，而不会超时。此方法会阻塞线程。

使用dispatch_group_notify

//这个例子演示将将一个很大的字符串删除指定几个字符串。比如“abcdefghicladedgdsfs”删除”ace”三个字符串

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  int const COUNT = 6;
@interface ViewController ()
{
    NSMutableArray *values;
    dispatch_group_t group;
    dispatch_queue_t queue;
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    values = [NSMutableArray array];
    group = dispatch_group_create();
    queue = dispatch_queue_create("com.aa.test", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    [self removeChars:@"abcdefghicladedgdsfs" target:@"ace"];
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSString *str = [values componentsJoinedByString:@""];
        NSLog(@"%@",str);
    });
}
- (void) removeChars:(NSString *)pBuffer target:(NSString *)target {
    for (int i = 0; i<COUNT; i++) {
        if (i==COUNT-1) {
            NSString *str = [pBuffer substringWithRange:NSMakeRange(pBuffer.length/(COUNT-1)*i,pBuffer.length-pBuffer.length/(COUNT-1)*i)];
            [values addObject:str];
        }else{
            NSString *str = [pBuffer substringWithRange:NSMakeRange(pBuffer.length/(COUNT-1)*i, pBuffer.length/(COUNT-1))];
            [values addObject:str];
        }
    }
    for (int i = 0; i<values.count; i++) {
       [self handlerString:values[i] target:target index:i];
    }
}
- (void)handlerString:(NSString *)string target:(NSString *)target index:(int)index{
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        values[index] = [self replace:string target:target];
    });
}
- (NSString *)replace:(NSString *)string target:(NSString *)target{
    for (int i = 0; i<target.length; i++) {
        char temp = [target characterAtIndex:i];
        string = [string stringByReplacingOccurrencesOfString:[NSString stringWithFormat:@"%c", temp] withString:@""];
    }
    return string;
}
@end

使用dispatch_group_enter和dispatch_group_leave

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dispatch_group_t group =dispatch_group_create();
dispatch_queue_t globalQueue=dispatch_get_global_queue(0, 0);
dispatch_group_enter(group);
//模拟多线程耗时操作
dispatch_group_async(group, globalQueue, ^{
    sleep(3);
    NSLog(@"%@---block1结束。。。",[NSThread currentThread]);
    dispatch_group_leave(group);
});
NSLog(@"%@---1结束。。。",[NSThread currentThread]);
dispatch_group_enter(group);
//模拟多线程耗时操作
dispatch_group_async(group, globalQueue, ^{
    sleep(3);
    NSLog(@"%@---block2结束。。。",[NSThread currentThread]);
    dispatch_group_leave(group);
});
NSLog(@"%@---2结束。。。",[NSThread currentThread]);
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    NSLog(@"%@---全部结束。。。",[NSThread currentThread]);
});

dispatch_async和dispatch_sync

  • dispatch_async

dispatch_async将指定的Block异步的追加到指定的Dispatch Queue中。dispatch_async函数不会做任何等待

  • dispatch_sync

dispatch_sync将指定的Block同步的追加到指定的Dispatch Queue。此时dispatch_sync会一直等待Block执行结束之后，才会返回。线程才能接着继续执行其他代码。

如dispatch_group_wait函数一样，”等待”意味着当前线程停止。

例：

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dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"测试2");
    });

执行以上代码则会直接崩溃。主要是因为dispatch_sync在追加Block的过程中同时在等待，等待意味着当前主线程已经停止，所以主线程无法执行追到到Main Dispatch Queue的Block。

Serial Dispatch Queue也会引起同样的问题

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dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.test.queue", NULL);
dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"测试");
        });
    });

一样的道理，串行队列中只会生成一条线程，而dispatch_sync函数使该线程处于等待状态即停止状态，所以无法将Block追加到com.test.queue这个队列中。

总结:

  • dispatch_sync函数

    • 当前queue是串行队列。 当前queue上调用sync函数，并且sync函数中指定的queue也是当前queue。需要执行的block被放到当前queue的队尾等待执行，因为这是一个串行的queue，调用sync函数会阻塞当前队列,等待block执行 这个block永远没有机会执行sync函数不返回，所以当前队列就永远被阻塞了，这就造成了死锁。（这就是问题中在主线程调用sync函数，并且在sync函数中传入main_queue作为queue造成死锁的情况）
    • 当前queue是并行队列。 在并行的queue上面调用sync函数，同时传入当前queue作为参数，并不会造成死锁，因为block会马上被执行，所以sync函数也不会一直等待不返回造成死锁。（并且Block是在当前线程上执行。例如如果是在主线程上调用了dispatch_sync,则Block是在主线程上执行的）

  • dispatch_async代表异步任务，意思不是一定会生成一条线程。如果在MainQueue中执行，则不会生成线程；如果在Global Queue中有可能会生成。因为线程有一个线程池，会重用已经完成任务了的线程。

栅栏(dispatch_barrier_sync和dispatch_barrier_async)

作用：与并发队列结合，可以高效率的避免数据竞争的问题

相同点：dispatch_barrier_sync和dispatch_barrier_async函数功能一样就是在并发队列中将此代码插入的地方上下隔开，如果栅栏一样，两部分不影响。只有上边的并发队列都执行结束之后，下边的并发队列才能够执行。
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不同点:dispatch_barrier_sync代码后边的任务直到dispatch_barrier_sync执行完才能被追加到队列中；dispatch_barrier_async不用代码执行完，后边的任务也会被追加到队列中。代码上的体现就是dispatch_barrier_sync后边的代码不会执行，dispatch_barrier_async后边的代码会执行，但是Block不会被执行。

dispatch_apply

This function submits a block to a dispatch queue for multiple invocations and waits for all iterations of the task block to complete before returning. If the target queue is a concurrent queue returned by dispatch_get_global_queue, the block can be invoked concurrently, and it must therefore be reentrant-safe. Using this function with a concurrent queue can be useful as an efficient parallel for loop.

该函数指定次数将指定的Block追加到指定的Queue中，并等待全部处理执行结束。

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dispatch_apply(10, dispatch_get_global_queue(QOS_CLASS_DEFAULT, 0), ^(size_t index) {
        
 });

作用：与并发队列结合，可以更有效执行并发任务。

dispatch_suspend/dispatch_resume

挂起指定的Dispatch Queue

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dispatch_suspend(queue);

恢复指定的Dispatch Queue

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dispatch_resume(queue);

Dispatch Semaphore

当计数为0时等待，计数为1或大于1时不等待

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dispatch_semaphore_create(1);//创建1个信号
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dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);//当计数值大于1时，或者在待机中计数值大于1时，对该计数减1并且返回。
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dispatch_semaphore_signal(semaphore);//对计数值加1

dispatch_once

单例模式，保证在应用程序中只执行一次指定处理的api。

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static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
        
 });

Dispatch I/O

异步串行读取文件

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NSString *path = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"iosintroduce" ofType:@"md"];
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(QOS_CLASS_DEFAULT, 0);
dispatch_io_t pipe_chanel = dispatch_io_create_with_path(DISPATCH_IO_STREAM,[path UTF8String], 0, 0,queue , ^(int error) {
        
    });
size_t water = 1024;
dispatch_io_set_low_water(pipe_chanel, water);
dispatch_io_set_high_water(pipe_chanel, water);
NSMutableData *totalData = [[NSMutableData alloc] init];
    
dispatch_io_read(pipe_chanel, 0, SIZE_MAX, queue, ^(bool done, dispatch_data_t  _Nullable data, int error) {
    if (error == 0) {
        size_t len = dispatch_data_get_size(data);
            if (len > 0) {
                [totalData appendData:(NSData *)data];
        }
    }
    if (done) {
        NSString *str = [[NSString alloc] initWithData:totalData encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"%@", str);
    }
  });

异步并行读取文件

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NSString *path = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"iosintroduce" ofType:@"md"];
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_fd_t fd = open(path.UTF8String, O_RDONLY);
dispatch_io_t io = dispatch_io_create(DISPATCH_IO_RANDOM, fd, queue, ^(int error) {
    close(fd);
});
off_t currentSize = 0;
long long fileSize = [[NSFileManager defaultManager] attributesOfItemAtPath:path error:nil].fileSize;
size_t offset = 1024*1024;
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
NSMutableData *totalData = [[NSMutableData alloc] initWithLength:fileSize];
for (; currentSize <= fileSize; currentSize += offset) {
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_io_read(io, currentSize, offset, queue, ^(bool done, dispatch_data_t  _Nullable data, int error) {
        if (error == 0) {
            size_t len = dispatch_data_get_size(data);
            if (len > 0) {
                const void *bytes = NULL;
                (void)dispatch_data_create_map(data, (const void **)&bytes, &len);
                [totalData replaceBytesInRange:NSMakeRange(currentSize, len) withBytes:bytes length:len];
            }
        }
        if (done) {
            dispatch_group_leave(group);
        }
    });
}
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
    NSString *str = [[NSString alloc] initWithData:totalData encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"%@", str);
});
  • dispatch_io_create_with_path通过路径创建一个dispatch_io_t。与之相似的也好几个方法，比如dispatch_io_create_with_io
  • dispatch_io_set_high_water和dispatch_io_set_low_water 分割文件大小，分别可以设置一次最少读取和一次最多读取多大。
  • dispatch_io_read读取文件。与之对应的是dispatch_io_write将文件存储到指定路径

如果想提高文件读取速度，可以尝试使用Dispatch I/O。

Dispatch Source

倒计时功能

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dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
    
dispatch_source_set_timer(timer, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 15ULL*NSEC_PER_SEC), DISPATCH_TIME_FOREVER, 1ull*NSEC_PER_SEC);
    
dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"wake up");
        dispatch_source_cancel(timer);
  });
    
dispatch_source_set_cancel_handler(timer, ^{
        NSLog(@"canceled");
 });
    
dispatch_resume(timer);

dispatch_after

延迟执行任务

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dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        
    });

最快3秒后执行，最慢3秒+一个runloop循环时间

dispatch_set_target_queue

改变生成的Dispatch Queue的执行优先级

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//将myQueue优先级设置为与globalQueue相同
dispatch_queue_t myQueue = dispatch_queue_create("com.test.queue", NULL);
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(QOS_CLASS_DEFAULT, 0);
dispatch_set_target_queue(myQueue, globalQueue)

第一个参数需要变更优先级的Dispatch Queue，第二个参数指定要使用的执行优先级相同优先级的Queue。

个人博客

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