iOS多线程系列（3）

2023-12-18 21:49:33

在2011的WWDC上，苹果推出了GCD，从此多线程增加了一种新的方法。GCD要求运行在iOS4.0版本以上或者OS X10.6版本以上。GCD是Grand Central Dispatch的缩写，是一组用于实现并发编程的C接口。GCD是基于Objective-C的Block的特性开发的，基本的业务逻辑和NSOperation很像。都是添加一个任务到一个队列，由系统来负责线程的生成和调度。因为直接使用Block，所以使用起来很是方便，降低了多线程开发的门槛。

还是先看一下代码，和多线程系列（1）里面同一个例子，用GCD实现如下：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
	   
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [self downloadImage:IMAGE_URL];
    });
}

GCD的调用接口非常简单，就是将任务提交到Queue里面。

dispatch_async函数是异步非阻塞的，调用后会立刻返回，工作由系统在线程池中分配线程去执行。有异步的当然也有同步的，dispatch_sync就是同步的阻塞的API，会一直到添加的任务完成才会返回。

GCD实现多线程确实很简单，不需要了解多线程中的很多细节，而且效率也高。不过disaptch_queue有一些特殊的地方，实际使用中需要了解的多一些。dispatch_queue有串行运行和并行运行两种，顾名思义，串行运行就是任务顺序执行，完成一个然后执行下一个，每次只有一个任务在运行；并行运行就是各个任务可以同时运行，同时有多少任务可以并行是根据系统当时的负载决定的，这个开发者不用关心。

系统提供了3中类型的dispatch queue：

1. main queue

这实际上就是主线程的队列，所以很明显，这是一个串行的queue，所有加入main queue的任务都会发动主线程运行，所以加入任务时需要注意不要加入长时间运行的任务。

2. Global queue

我们实际开发中最常用的队列，是并发队列。并且有high、default、low三个优先级（每个优先级都对应一个独立的queue）。通过dispatch_get_global_queue这个API可以获得queue。

3. 自定义queue

dispatch queue是可以自己创建的，通过dispatch_queue_create这个API来创建，dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr attr)这个API的第一个参数是queue的名字，要求不能重复，所以很多时候和java一样，推荐用倒写的域名，第二个参数是建立的queue的类型。这里要指出，在iOS4.3之前，只能建立串行的queue，参数就是传递DISPATCH_QUEUE_SERIAL，iOS4.3之后可以建立并行的queue了，参数是DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT。

看到create就会牵涉到内存的管理问题，GCD的内存管理同样是用引用计数的方式，不过并不纳入iOS的内存管理，所以是需要开发者手动管理的（无论是不是ARC）。

由于有着不同类型的队列，dispatch_async也可以嵌套使用，还是以同样的例子，我们也可以这样写：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    __block UIImage *_image;
	   
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSData *data = [[NSData alloc] initWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:IMAGE_URL]];
        _image = [[UIImage alloc] initWithData:data];
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.imageView.image = _image;
        });
    });
}

这样就在一段代码里面实现了所有的功能，包括后台下载，下载之后刷新UI，而且简单清晰。

还有一些常用的API介绍如下：

dispatch_get_current_queue()获取当前队列

dispatch_queue_get_label()获取队列的名字，如果队列没有名字，返回NULL

dispatch_set_target_queue()设定给定对象的目标队列

dispatch_main()会阻塞主线程等待主队列main queue中的Block执行结束。

有时我们会遇到运行一系列的任务，当任务全部结束后运行另一个特殊的任务这种场景。如果我们用dispatch_sync方法来串行运行所有的任务可以确定运行的先后顺序，但效率就会大大降低；但dispatch_async是异步非阻塞的，所以代码如下写是没用的，不能保证结束所有任务后那个特殊任务的运行时间点。

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    for(id obj in array)
        dispatch_async(queue, ^{
            [self doWork:obj];
        });
    [self doneWork];

针对这种情况，GCD提供了dispatch group，可以将一组任务集合在一起，等待这组任务完成后再继续，上面的场景，代码应该写成下面的样子：

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    for(id obj in array)
        dispatch_group_async(group, queue, ^{
            [self doWork:obj];
        });
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    dispatch_release(group);
    [self doneWork];

方法很简单，就是将并发的任务用dispatch_group_async异步添加到一个Group和全局队列中，dispatch_group_wait会等待这些工作完成后在返回。这样就实现了任务的顺序运行，不过dispatch_group_wait是会阻塞线程的，所以如果是主线程，这个API是不能调用的，那么我们该怎么办呢？

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    for(id obj in array)
        dispatch_group_async(group, queue, ^{
            [self doWork:obj];
        });
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        [self doneWork];
    });
    dispatch_release(group);

答案还是很简单，换一个API，使用dispatch_group_notify这个方法即可。

有的时候我们要同步执行对数组元素的逐个操作，GCD提供了一个简单的dispatch_apply方法:

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_apply([array count], queue, ^(size_t index){
        [self doWork:obj:[array objectAtIndex:index]];
    });
    [self doneWork];

在使用dispatch_async方法提交并行的任务时，是无法确定任务的执行顺序的，但有时我们确实需要某些工作在某个工作完成之后执行，那么可以使用Dispatch Barrier接口来实现。

    dispatch_async(queue, block1);
    dispatch_async(queue, block2);
    dispatch_barrier_async(queue, block3);
    dispatch_async(queue, block4);
    dispatch_async(queue, block5);

dispatch_barrier_async是异步的，调用后立刻返回。这样的写法会保证block1和block2并行执行完成后才会执行block3，完成后再会并行运行block4和block5。

请注意，这里的queue是一个并行队列，而且是自定义的那种。

作为苹果推出的多线程的神器，GCD的内容当然远远不止这些。不过通过介绍的最最常用的这些，我们已经可以管中窥豹了。GCD针对各种不同的需求考虑的很全面，并给出了相关的解决方案。开发者使用GCD应该说是很容易的，所以真正需要关心的就变成了任务怎么划分，怎么运行，是串行还是并行等等。

附上苹果的Grand Central Dispatch（GCD）Reference文档，需要深入了解的请参考。

iOS多线程系列（3）

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