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19-01

iOS多线程实现——GCD使用详解

左兆磊 130084 0

一、介绍

GCD,英文全称是Grand Central Dispatch(功能强悍的中央调度器),基于C语言编写的一套多线程开发机制,因此使用时会以函数形式出现,且大部分函数以dispatch开头,虽然是C语言的但相对于苹果其它多线程实现方式,抽象层次更高,使用起来也更加方便。

它是苹果为应对多核的并行运算提出的解决方案,它会自动利用多核进行并发处理和运算,它能提供系统级别的处理,而不再局限于某个进程、线程,官方声称会更快、更高效、更灵敏,且线程由系统自动管理(调度、运行),无需程序员参与,使用起来非常方便。

二、任务和队列

GCD有两个核心:任务和队列。

任务:要执行的操作或方法函数,队列:存放任务的集合,而我们要做的就是将任务添加到队列然后执行,GCD会自动将队列中的任务按先进先出的方式取出并交给对应线程执行。注意任务的取出是按照先进先出的方式,这也是队列的特性,但是取出后的执行顺序则不一定,下面会详细讨论。

1 任务

任务是一个比较抽象的概念,可以简单的认为是一个操作、一个函数、一个方法等等,在实际的开发中大多是以block(block使用详见)的形式,使用起来也更加灵活。

2 队列queue

  • 有两种队列:串行队列和并行队列。串行队列:同步执行,在当前线程执行;并行队列:可由多个线程异步执行,但任务的取出还是FIFO的

队列创建,根据函数第二个参数来创建串行或并行队列。

// 参数1 队列名称 // 参数2 队列类型 DISPATCH_QUEUE_SERIAL/NULL串行队列,DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT代表并行队列 // 下面代码为创建一个串行队列,也是实际开发中用的最多的 dispatch_queue_t serialQ = dispatch_queue_create("队列名", NULL);
  • 另外系统提供了两种队列:全局队列和主队列。

全局队列属于并行队列,只不过已由系统创建的没有名字,且在全局可见(可用)。获取全局队列:

/* 取得全局队列
 第一个参数:线程优先级,设为默认即可,个人习惯写0,等同于默认
 第二个参数:标记参数,目前没有用,一般传入0
 */ serialQ = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

主队列属于串行队列,也由系统创建,只不过运行在主线程(UI线程)。获取主队列:

// 获取主队列 serialQ = dispatch_get_main_queue();
  • 关于内存:queue属于一个对象,也是占用内存的,也会使用引用计数,当向queue添加一个任务时就会将这个queue retain一下,引用计数+1,直到所有任务都完成内存才会释放。(我们在声明一个queue属性时要用strong)。

3 执行方式——2种

同步执行和异步执行。

  • 同步执行:不会开启新的线程,在当前线程执行。
  • 异步执行:gcd管理的线程池中有空闲线程就会从队列中取出任务执行,会开启线程。

下面为实现同步和异步的函数,函数功能为:将任务添加到队列并执行。

/* 同步执行
 第一个参数:执行任务的队列:串行、并行、全局、主队列
 第二个参数:block任务
 */ void dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); // 异步执行 void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

注意:默认情况下,新线程都没有开启runloop,所以当block任务完成后,线程都会自动被回收,假设我们想在新开的线程中使用NSTimer,就必须开启runloop,可以使用[[NSRunLoop currentRunLoop] run]开启当前线程,这是就要自己管理线程的回收等工作。

  • 另外还有两个方法,实际开发中用的并不是太多

dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

加了一个barrier,意义在于:队列之前的block处理完成之后才开始处理队列中barrier的block,且barrier的block必须处理完之后,才能处理其它的block。

根据这个特性我们可以实现123456一共6个block,可以让特定几个并发执行完成之后,再并发执行剩下的block。比如123先并发,之后456再并发执行。具体代码如下(将barrier放在123与456之间即可):

- (void)barrierTest { // 1 创建并发队列 dispatch_queue_t BCqueue = dispatch_queue_create("BarrierConcurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); // 2.1 添加任务123 dispatch_async(BCqueue, ^{ NSLog(@"task1,%@", [NSThread currentThread]);
    }); dispatch_async(BCqueue, ^{
        sleep(3); NSLog(@"task2,%@", [NSThread currentThread]);
    }); dispatch_async(BCqueue, ^{
        sleep(1); NSLog(@"task3,%@", [NSThread currentThread]);
    }); // 2.2 添加barrier dispatch_barrier_async(BCqueue, ^{ NSLog(@"barrier");
    }); // 2.3 添加任务456 dispatch_async(BCqueue, ^{
        sleep(1); NSLog(@"task4,%@", [NSThread currentThread]);
    }); dispatch_async(BCqueue, ^{ NSLog(@"task5,%@", [NSThread currentThread]);
    }); dispatch_async(BCqueue, ^{ NSLog(@"task6,%@", [NSThread currentThread]);
    });
}

输出结果,为了显示效果,代码有延时操作:

gcdBarrierTest.png

三、几种类型

很明显两种执行方式,两种队列。那么就有4种情况:串行队列同步执行、串行队列异步执行、并行队列同步执行、并行队列异步执行。哪一种会开启新的线程?开几条?是否并发?记忆起来比较绕,但是只要抓住基本的就可以,为了方便理解,现分析如下:

  1. 串行队列,同步执行-----串行队列意味着顺序执行,同步执行意味着不开启线程(在当前线程执行)
  1. 串行队列,异步执行-----串行队列意味着任务顺序执行,异步执行说明要开线程, (如果开多个线程的话,不能保证串行队列顺序执行,所以只开一个线程)
  2. 并行队列,异步执行-----并行队列意味着执行顺序不确定,异步执行意味着会开启线程,而并行队列又允许不按顺序执行,所以系统为了提高性能会开启多个线程,来队列取任务(队列中任务取出仍然是顺序取出的,只是线程执行无序)。
  3. 并行队列,同步执行-----同步执行意味着不开线程,则肯定是顺序执行
  4. 死锁-----程序执行不出来(死锁) ;

四、死锁举例

  • 主队列死锁:

这种死锁最常见,问题也最严重,会造成主线程卡住。原因:主队列,如果主线程正在执行代码,就不调度任务;同步执行:一直执行第一个任务直到结束。两者互相等待造成死锁,示例如下:

- (void)mainThreadDeadLockTest { NSLog(@"begin"); dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{ // 发生死锁下面的代码不会执行 NSLog(@"middle");
    }); // 发生死锁下面的代码不会执行,当然函数也不会返回,后果也最为严重 NSLog(@"end");
}
  • 在其它线程死锁,这种不会影响主线程:

原因:serialQueue为串行队列,当代码执行到block1时正常,执行到dispatch_sync时,dispatch_sync等待block2执行完毕才会返回,而serialQueue是串行队列,它正在执行block1,只有等block1执行完毕后才会去执行block2,相互等待造成死锁

- (void)deadLockTest { // 其它线程的死锁 dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_async(serialQueue, ^{ // 串行队列block1 NSLog(@"begin"); dispatch_sync(serialQueue, ^{ // 串行队列block2 发生死锁,下面的代码不会执行 NSLog(@"middle");
        }); // 不会打印 NSLog(@"end");
    }); // 函数会返回,不影响主线程 NSLog(@"return");
}

五、常用举例

  • 线程间通讯

比如,为了提高用户体验,我们一般在其他线程(非主线程)下载图片或其它网络资源,下载完成后我们要更新UI,而UI更新必须在主线程执行,所以我们经常会使用:

// 同步执行,会阻塞指导下面block中的代码执行完毕 dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{ // 主线程,UI更新 }); // 异步执行 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ // 主线程,UI更新 });
  • 信号量的使用

也属于线程间通讯,下面的举例是经常用到的场景。在网络访问中,NSURLSession类都是异步的(找了很久没有找到同步的方法),而有时我们希望能够像NSURLConnection一样可以同步访问,即在网络block调用完成之后做一些操作。那我们可以使用dispatch的信号量来解决:

/// 用于线程间通讯,下面是等待一个网络完成 - (void)dispatchSemaphore { NSString *urlString = [@"https://www.baidu.com" stringByAddingPercentEncodingWithAllowedCharacters:[NSCharacterSet URLQueryAllowedCharacterSet]]; // 设置缓存策略为每次都从网络加载 超时时间30秒 NSURLRequest *request = [NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:urlString] cachePolicy:NSURLRequestReloadIgnoringLocalCacheData timeoutInterval:30];
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    [[[NSURLSession sharedSession] dataTaskWithRequest:request completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) { // 处理完成之后,发送信号量 NSLog(@"正在处理...");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    }] resume]; // 等待网络处理完成 dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); NSLog(@"处理完成!");
}

在上面的举例中dispatch_semaphore_signal的调用必须是在另一个线程调用,因为当前线程已经dispatch_semaphore_wait阻塞。另外,dispatch_semaphore_wait最好不要在主线程调用

  • 全局队列,实现并发:
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ // 要执行的代码 });

六、Dispatch Group调度组

使用调度组,可以轻松实现在一些任务完成后,做一些操作。比如具有顺序性要求的生产者消费者等等。

  • 示例1:任务1完成之后执行任务2。
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [self groupTest];
}
- (void)groupTest { // 创建一个组 dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); NSLog(@"开始执行"); dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ // 任务1 // 等待1s一段时间在执行 [NSThread sleepForTimeInterval:1]; NSLog(@"task1 running in %@",[NSThread currentThread]);
        });
        dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ // 任务2 NSLog(@"task2 running in %@",[NSThread currentThread]);
        });
    });
}

点击屏幕后,打印如下,可以看到任务1虽然等待了1s,任务2也不执行,只有任务1执行完毕才执行任务2.

2015-08-28 18:16:05.317 GCDTest[1468:229374] 开始执行 2015-08-28 18:16:06.323 GCDTest[1468:229457] task1 running in 0x7f8962f16900>{number = 2, name = (null)} 2015-08-28 18:16:06.323 GCDTest[1468:229456] task2 running in 0x7f8962c92750>{number = 3, name = (null)}
  • 示例2:其实示例1并不常用,真正用到的是监控多个任务完成之后,回到主线程更新UI,或者做其它事情。
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [self groupTest];
}
- (void)groupTest { // 创建一个组 dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); NSLog(@"开始执行"); dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ // 关联任务1 NSLog(@"task1 running in %@",[NSThread currentThread]);
        });
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ // 关联任务2 NSLog(@"task2 running in %@",[NSThread currentThread]);
        });
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ // 关联任务3 NSLog(@"task3 running in %@",[NSThread currentThread]);
        });
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ // 关联任务4 // 等待1秒 [NSThread sleepForTimeInterval:1]; NSLog(@"task4 running in %@",[NSThread currentThread]);
        });
        dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ // 回到主线程执行 NSLog(@"mainTask running in %@",[NSThread currentThread]);
        });
    });
}

点击屏幕后,打印如下,可以看到无论其它任务然后和执行,mainTask等待它们执行后才执行。

2015-08-28 18:24:14.312 GCDTest[1554:236273] 开始执行 2015-08-28 18:24:14.312 GCDTest[1554:236352] task3 running in <NSThread: 0x7fa8f1f0c9c0>{number = 4, name = (null)} 2015-08-28 18:24:14.312 GCDTest[1554:236354] task1 running in <NSThread: 0x7fa8f1d10750>{number = 2, name = (null)} 2015-08-28 18:24:14.312 GCDTest[1554:236351] task2 running in <NSThread: 0x7fa8f1c291a0>{number = 3, name = (null)} 2015-08-28 18:24:15.313 GCDTest[1554:236353] task4 running in <NSThread: 0x7fa8f1d0e7f0>{number = 5, name = (null)} 2015-08-28 18:24:15.313 GCDTest[1554:236273] mainTask running in <NSThread: 0x7fa8f1c13df0>{number = 1, name = main}

关于Dispatch对象内存管理问题

根据上面的代码,可以看出有关dispatch的对象并不是OC对象,那么,用不用像对待Core Foundation框架的对象一样,使用retain/release来管理呢?答案是不用的!

如果是ARC环境,我们无需管理,会像对待OC对象一样自动内存管理。
如果是MRC环境,不是使用retain/release,而是使用dispatch_retain/dispatch_release来管理。



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