iOS多線程程式設計——淺談GCD

GCD對于iOS開發者來說肯定不陌生，他和NSThread，NSOperation一起作為iOS開發中主要的三種多線程實作方法，而GCD是最最底層的，是以對于作為一個iOSer，GCD是必須掌握的。

我通過對于以下兩篇文章的閱讀，基本上掌握了GCD的基本使用方法。是以首先感謝兩位作者。

GCD 深入了解：第一部分
iOS多線程開發——GCD的使用與多線程開發淺析（二）

一、基本概念

對于新手來說，最常見同時最容易搞混的的莫過于GCD中的一些基本概念了。

并行與并發（Parallelism && Concurrency）
- 并行：顧名思義就是同時行動，兩個任務在兩個線程（Thread）上進行處理，彼此互不幹涉。而究其根本是因為多核進行處理，進而更快的解決任務。（可以類比于兩條水管中同時給遊泳池放水）
- 并發：顧名思義，同時發生。對于有的性能較差的機子，比如說那些隻有單核的裝置，為了讓使用者感覺能夠同時處理多個任務，他就需要通過不斷的切換正在處理的線程，進而實作一種“僞并行”，這樣就防止使用者因為一個任務進行太久而無法進行下一個任務。（可以類比于我用兩個口給遊泳池放水，不過因為隻有一根水管，而放水的方向有2個方面，是以需要不斷的切換，進而實作兩邊同時達到需要的水位）
- 區分如下圖：
  
  iOS多線程程式設計——淺談GCD
串行與并發（Serial && Concurrent）
- 串行：由于所有任務在一個線程被執行的時候隻有一個任務會被執行，是以每個任務都要依賴于先來先處理（FIFO）原則，處理所有得到的内容。
- 并行：當接收到任務的時候，并行狀态下，他會開啟多個線程，将每個任務都配置設定到各個線程中，進而使得每個任務都能夠在同一時間被執行。這樣有效的減少了所消耗的時間。
- 區分圖如下：
iOS多線程程式設計——淺談GCD

iOS多線程程式設計——淺談GCD
隊列：就像前面所說，當你告訴電腦你需要執行哪些事情的時候，電腦就會把你告訴他的一件件事情放到自己的隊伍中，很明顯，先告訴他的事情放在前面，後告訴他的事情放在後面，即先進先處理（FIFO）原則處理所有事物，就像排隊一樣。
- 在GCD中主要的隊列有2種，就是前面提到的：
  - 串行隊列
  - 并發隊列
- 蘋果公司提供給我們的已存在的隊列有5種（不包括後期我們自己添加的内容）
  - 主隊列（main queue）：預設情況下所有事情都是在主隊列下進行處理，隻要有編碼經驗的人來說，主隊列很明顯是（串行隊列）。
  - 全局排程隊列（Global Dispatch Queues）:預設情況下全局隊列是系統提供的并發隊列的統稱，根據隊列的優先程度不同分為以下幾個（優先度從低到高）：
    - background
    - low
    - default
    - high
同步與異步（synchronization && asynchronous）

-同步：同步指的是在原來的内容執行完成之後，再執行你下面所需要的任務。

-異步：異步指的是在和原來的内容執行的同時，在另一個地方同時處理新的任務。

二、基本使用

既然學了，那肯定要使用它。那麼我們先模拟一個環境：

這個程式裡面隻有主隊列，然後你想從網上下載下傳一個圖檔，放到你自己的手機裡面，然後使用者就可以對手機裡面的這張圖檔進行各種各樣的處理。

但是問題來了：我們都知道下載下傳需要時間，雖然現在已經是4G時代，下載下傳速度很快，但是如果這個圖檔很大，那麼他就需要很長的時間來進行等待。而在這段時間内，使用者什麼事情都不能幹，隻能默默的幹等着。

這很明顯是一個很差的使用者體驗

那麼既然我們已經知道問題所在，就需要想辦法解決它：

我們需要在使用者等待的時候添加一個動畫效果，告訴他我們正在下載下傳（這個和今天主題無關，我們就不繼續深入了解）
将下載下傳任務放到背景（如果仍舊放在前台的話，就算有動畫，動畫效果也不會動）

那麼這個時候就需要異步隊列的存在了

就像前面的基本概念中所提到的，執行分為同步執行和異步執行，任務隊列分為串行隊列和并發隊列。是以他們彼此一一結合，總共有4種情況存在，主要的彼此結合的狀态圖如下所示：

iOS多線程程式設計——淺談GCD

單隊列

串行隊列，同步執行

代碼如下：

func serialDispatchQueueWithSync() {
    let queue = dispatch_queue_create("serialDispatchQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

    print("0")

    dispatch_sync(queue) {
        print("1")
    }
    dispatch_sync(queue) {
        print("2")
    }
    dispatch_sync(queue) {
        print("3")
    }
    dispatch_sync(queue) {
        print("4")
    }
    dispatch_sync(queue) {
        print("5")
    }
    print("6")
}

運作結果如下：

串行隊列，異步執行

代碼如下：

func serialDispatchQueueWithASync() {
    let queue = dispatch_queue_create("serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

    print("0")

    dispatch_async(queue) {
        print("1")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("2")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("3")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("4")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("5")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("6")
    }
    print("7")
}

運作結果如下：

解釋：因為queue是異步執行的，即調用dispatch_async函數，是以輸出1 2 3 4 5 6的時候是在另一個線程中的，是以和主線程中的輸出1 7 無關。

并發隊列，同步執行

代碼如下：

func concurrentDispatchsQueueWithSync() {
    let queue = dispatch_queue_create("concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

    print("0")

    dispatch_sync(queue) {
        print("1")
        print("12")
        print("13")
    }
    dispatch_sync(queue) {
        print("2")
        print("22")
        print("23")
    }
    dispatch_sync(queue) {
        print("3")
        print("32")
        print("33")
    }
    dispatch_sync(queue) {
        print("4")
        print("42")
        print("43")
    }
    print("5")
}

運作結果如下：

并發隊列，異步執行

代碼如下：

func concurrentDispatchsQueueWithASync() {
    let queue = dispatch_queue_create("concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

    print("0")

    dispatch_async(queue) {
        print("1")
        print("12")
        print("13")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("2")
        print("22")
        print("23")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("3")
        print("32")
        print("33")
    }
    dispatch_async(queue) {
        print("4")
        print("42")
        print("43")
    }
    print("5")
}

運作結果如下：

其他常見用法：

挂起與恢複

線程挂起： dispatch_suspnd()
線程恢複： dispatch_resume()

信号量

由于有的時候（比如說在建立添加數組中的對象的時候），因為不同線程操縱的是同一個對象，是以很容易發生報錯，這個時候需要通過信号量來對對應的内容進行控制，當信号量為0的時候，進入等待狀态，不能執行下面的内容；當信号量為1的時候，可以執行，同時信号量減一，等到執行完畢，信号量加一。

- 等待執行

dispatch_semaphore_wait()

- 信号量加一

dispatch_semahore_signal

隻執行一次

有的時候，有的東西的建立隻能被建立一次（即單例），這個時候就需要用到

dispatch_once()

代碼如下：

var token: dispatch_once_t = 0
func test() {
    dispatch_once(&token) {
        println("This is printed only on the first call to test()")
    }
    println("This is printed for each call to test()")
}

關于讀寫問題的解決方法（買票問題）

由于日常編碼的過程中經常會遇到，當你在調用這個這個變量的時候。另一個線程也在調用這個變量（隻在并發過程中），如果兩個線程都是在讀取資料，那并沒有什麼問題，但是如果其中一個在寫入，或者兩個都在寫入，那麼就會出現很大問題，是以蘋果官方在GCD中也給我們準備了一個方法，讓我們解決這個問題，那就是

dispatch_barrier_async

，這個方法讓對的内容在并發過程中加入，進而友善組織内容的修改，進而使得對應的内容隻能在目前線程中被進行修改。

iOS多線程程式設計——淺談GCD

常見問題：

死鎖：

let queue = dispatch_get_main_queue()

dispatch_async(queue) { 
    dispatch_sync(queue, { 
        print("1")
    })
}

産生原理：因為

dispatch_sync()

會等到本身結束之後才會在主線程繼續執行接下去的代碼，但是

dispatch_sync()

這個方法調用的就是主線程，是以午飯等到主線程結束，是以就無法傳回，就會卡在這裡。

解釋：由于是并發隊列，是以他會建立多個線程，進而保證每個線程的任務都能夠盡快完成，是以順序有一定的出入。

最後通過兩張動态圖來最後總結單隊列：

dispatch_sync

- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad];

  dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{

    NSLog(@"First Log");

  });

  NSLog(@"Second Log");
}

iOS多線程程式設計——淺談GCD

主隊列按照預定的順序下來
viewDidLoad在主線程進行執行。
直到執行到 dispatch_sync
調用 dispatch_sync 代碼，将block添加到全局隊列中，主隊列挂起。
全局隊列先完成之前存放在全局隊列中的内容。
完成之前的任務後，執行 dispatch_sync 的block中的内容。
完成block中的任務，主隊列上的任務得以恢複
主隊列繼續執行其他任務。

dispatch_async

- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad];

  dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{

    NSLog(@"First Log");

  });

  NSLog(@"Second Log");
}

![dispatch_sync](https://camo.githubusercontent.com/2c7cbaf76001a56622e14cf48a8d914d4b5c9df4/687474703a2f2f63646e312e72617977656e6465726c6963682e636f6d2f77702d636f6e74656e742f75706c6f6164732f323031342f30312f64697370617463685f6173796e635f696e5f616374696f6e2e676966)

主隊列一路按順序執行任務——接着是一個執行個體化 UIViewController 的任務，其中包含了 viewDidLoad 。
viewDidLoad 在主線程執行。
主線程目前在 viewDidLoad 内，正要到達 dispatch_async 。
dispatch_async Block 被添加到一個全局隊列中，将在稍後執行。
viewDidLoad 在添加 dispatch_async 到全局隊列後繼續進行，主線程把注意力轉向剩下的任務。同時，全局隊列并發地處理它未完成地任務。記住 Block 在全局隊列中将按照（FIFO）順序出列，但可以并發執行。
添加到 dispatch_async 的代碼塊開始執行。
dispatch_async Block 完成，兩個 NSLog 語句将它們的輸出放在控制台上。

排程組

既然能夠處理一個個的任務，那麼我們就繼續模拟一個環境，當我們需要在網上下載下傳内容的時候（這些内容需要彼此聯系在一起才能正常使用），這個時候，上面的單隊列就不夠了（或者說如果使用單隊列産生的效果不是時間太長，就是檔案的完整性不夠好）

這個時候我們就需要引入多隊列，當多個内容都處理完成之後，讓系統告訴我們，我們已經完成了以上的下載下傳。可以繼續做下一步事情了。

任務開始

在GCD中，我們可以通過

dispatch_group_enter

來通知目前任務的開始，而與之相對應的，我們必須在任務完成後，手動通知排程組任務結束（

dispatch_group_leave

）這樣才能讓排程組知道我們這個任務已經結束。

代碼如下(由于demo中有一個Photo類，是以此處貼上OC代碼)：

dispatch_group_enter(downloadGroup); // 3
Photo *photo = [[Photo alloc] initwithURL:url withCompletionBlock:^(UIImage *image, NSError *_error) {
    if (_error) {
        error = _error;
    }
dispatch_group_leave(downloadGroup); // 4
}];

[[PhotoManager sharedManager] addPhoto:photo];

任務提醒

當我們所有的任務都手動通知後，那麼就需要條用提醒來告訴他（我已經完成了所有内容，接下去需要試試哪裡能夠執行了），而提醒方式在GCD中有兩種：

dispatch_group_wait() + dispatch_async()
dispatch_group_notify

其他常見用法

dispatch_apply()

有的時候需要調用for循環來反複執行，但是當需要執行的代碼量偏大的時候，for的效率比較低，這個時候需要用

dispatch_apply()

來執行，這樣節省效率，不過當需要執行的代碼量比較小的時候，

dispatch_apply()

的效率就比較差了。

這個方法的效果和 dispatch_sync 一樣，是以要注意死鎖（後面會提到）

iOS多線程程式設計——淺談GCD

一、基本概念

二、基本使用

單隊列

串行隊列，同步執行

串行隊列，異步執行

并發隊列，同步執行

并發隊列，異步執行

其他常見用法：

挂起與恢複

信号量

隻執行一次

關于讀寫問題的解決方法（買票問題）

常見問題：

死鎖：

最後通過兩張動态圖來最後總結單隊列：

dispatch_sync

dispatch_async

排程組

任務開始

任務提醒

其他常見用法

dispatch_apply()

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