多线程编程4 - GCD
一、簡介
在iOS所有實現多線程的方案中，GCD應該是最有魅力的，因為GCD本身是蘋果公司為多核的并行運算提出的解決方案。GCD在工作時會自動利用更多的處理器核心，以充分利用更強大的機器。GCD是Grand Central Dispatch的簡稱，它是基于C語言的。如果使用GCD，完全由系統管理線程，我們不需要編寫線程代碼。只需定義想要執行的任務,然后添加到適當的調度隊列(dispatch queue)。GCD會負責創建線程和調度你的任務，系統直接提供線程管理
二、調度隊列(dispath queue)
1.GCD的一個重要概念是隊列，它的核心理念：將長期運行的任務拆分成多個工作單元，并將這些單元添加到dispath queue中，系統會為我們管理這些dispath queue，為我們在多個線程上執行工作單元，我們不需要直接啟動和管理后臺線程。
2.系統提供了許多預定義的dispath queue，包括可以保證始終在主線程上執行工作的dispath queue。也可以創建自己的dispath queue，而且可以創建任意多個。GCD的dispath queue嚴格遵循FIFO(先進先出)原則，添加到dispath queue的工作單元將始終按照加入dispath queue的順序啟動。
3.dispatch queue按先進先出的順序,串行或并發地執行任務
1> serial dispatch queue一次只能執行一個任務, 當前任務完成才開始出列并啟動下一個任務
2> concurrent dispatch queue則盡可能多地啟動任務并發執行
三、創建和管理dispatch queue
1.獲得全局并發Dispatch Queue (concurrent dispatch queue)
1> 并發dispatch queue可以同時并行地執行多個任務,不過并發queue仍然按先進先出的順序來啟動任務。并發queue會在之前的任務完成之前就出列下一個任務并開始執行。并發queue同時執行的任務數量會根據應用和系統動態變化,各種因素包括:可用核數量、其它進程正在執行的工作數量、其它串行dispatch queue中優先任務的數量等.
2> 系統給每個應用提供三個并發dispatch queue,整個應用內全局共享,三個queue的區別是優先級。你不需要顯式地創建這些queue,使用dispatch_get_global_queue函數來獲取這三個queue:
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3> 雖然dispatch queue是引用計數的對象,但你不需要retain和release全局并發queue。因為這些queue對應用是全局的,retain和release調用會被忽略。你也不需要存儲這三個queue的引用,每次都直接調用dispatch_get_global_queue獲得queue就行了。
2.創建串行Dispatch Queue (serial dispatch queue)
1> 應用的任務需要按特定順序執行時,就需要使用串行Dispatch Queue,串行queue每次只能執行一個任務。你可以使用串行queue來替代鎖,保護共享資源 或可變的數據結構。和鎖不一樣的是,串行queue確保任務按可預測的順序執行。而且只要你異步地提交任務到串行queue,就永遠不會產生死鎖
2> 你必須顯式地創建和管理所有你使用的串行queue,應用可以創建任意數量的串行queue,但不要為了同時執行更多任務而創建更多的串行queue。如果你需要并發地執行大量任務,應該把任務提交到全局并發queue
3> 利用dispatch_queue_create函數創建串行queue,兩個參數分別是queue名和一組queue屬性
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3.運行時獲得公共Queue
GCD提供了函數讓應用訪問幾個公共dispatch queue:
1> 使用dispatch_get_current_queue函數作為調試用途,或者測試當前queue的標識。在block對象中調用這個函數會返回block提交到的queue(這個時候queue應該正在執行中)。在block對象之外調用這個函數會返回應用的默認并發queue。
2> 使用dispatch_get_main_queue函數獲得應用主線程關聯的串行dispatch queue
3> 使用dispatch_get_global_queue來獲得共享的并發queue
4.Dispatch Queue的內存管理
1> Dispatch Queue和其它dispatch對象(還有dispatch source)都是引用計數的數據類型。當你創建一個串行dispatch queue時,初始引用計數為 1,你可以使用dispatch_retain和dispatch_release函數來增加和減少引用計數。當引用計數到達 0 時,系統會異步地銷毀這個queue
2> 對dispatch對象(如dispatch queue)retain和release 是很重要的,確保它們被使用時能夠保留在內存中。和OC對象一樣,通用的規則是如果使用一個傳遞過來的queue,你應該在使用前retain,使用完之后release
3> 你不需要retain或release全局dispatch queue,包括全局并發dispatch queue和main dispatch queue
4> 即使你實現的是自動垃圾收集的應用,也需要retain和release創建的dispatch queue和其它dispatch對象。GCD 不支持垃圾收集模型來回收內存
四、添加任務到queue
要執行一個任務,你需要將它添加到一個適當的dispatch queue,你可以單個或按組來添加，也可以同步或異步地執行一個任務,也。一旦進入到queue,queue會負責盡快地執行你的任務。一般可以用一個block來封裝任務內容。
1.添加單個任務到queue
1> 異步添加任務
你可以異步或同步地添加一個任務到Queue,盡可能地使用dispatch_async或dispatch_async_f函數異步地調度任務。因為添加任務到Queue中時,無法確定這些代碼什么時候能夠執行。因此異步地添加block或函數,可以讓你立即調度這些代碼的執行,然后調用線程可以繼續去做其它事情。特別是應用主線程一定要異步地 dispatch 任務,這樣才能及時地響應用戶事件
2> 同步添加任務
少數時候你可能希望同步地調度任務,以避免競爭條件或其它同步錯誤。 使用dispatch_sync和dispatch_sync_f函數同步地添加任務到Queue,這兩個函數會阻塞當前調用線程,直到相應任務完成執行。注意：絕對不要在任務中調用 dispatch_sync或dispatch_sync_f函數,并同步調度新任務到當前正在執行的 queue。對于串行queue這一點特別重要,因為這樣做肯定會導致死鎖;而并發queue也應該避免這樣做。
3> 代碼演示
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2.并發地執行循環迭代
如果你使用循環執行固定次數的迭代, 并發dispatch queue可能會提高性能。
例如下面的for循環：
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1> 如果每次迭代執行的任務與其它迭代獨立無關,而且循環迭代執行順序也無關緊要的話,你可以調用dispatch_apply或dispatch_apply_f函數來替換循環。這兩個函數為每次循環迭代將指定的block或函數提交到queue。當dispatch到并發 queue時,就有可能同時執行多個循環迭代。用dispatch_apply或dispatch_apply_f時你可以指定串行或并發 queue。并發queue允許同時執行多個循環迭代,而串行queue就沒太大必要使用了。
下面代碼使用dispatch_apply替換了for循環,你傳遞的block必須包含一個size_t類型的參數,用來標識當前循環迭代。第一次迭代這個參數值為0,最后一次值為count - 1
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和普通for循環一樣,dispatch_apply和dispatch_apply_f函數也是在所有迭代完成之后才會返回，因此這兩個函數會阻塞當前線程，主線程中調用這兩個函數必須小心,可能會阻止事件處理循環并無法響應用戶事件。所以如果循環代碼需要一定的時間執行,可以考慮在另一個線程中調用這兩個函數。如果你傳遞的參數是串行queue,而且正是執行當前代碼的queue,就會產生死鎖。
3.在主線程中執行任務
1> GCD提供一個特殊的dispatch queue,可以在應用的主線程中執行任務。只要應用主線程設置了run loop(由CFRunLoopRef類型或NSRunLoop對象管理),就會自動創建這個queue,并且最后會自動銷毀。非Cocoa應用如果不顯式地設置run loop, 就必須顯式地調用dispatch_main函數來顯式地激活這個dispatch queue，否則雖然你可以添加任務到queue,但任務永遠不會被執行。
2> 調用dispatch_get_main_queue函數獲得應用主線程的dispatch queue,添加到這個queue的任務由主線程串行化執行
3> 代碼實現，比如異步下載圖片后，回到主線程顯示圖片
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4.任務中使用Objective-C對象
GCD支持Cocoa內存管理機制,因此可以在提交到queue的block中自由地使用Objective-C對象。每個dispatch queue維護自己的autorelease pool確保釋放autorelease對象,但是queue不保證這些對象實際釋放的時間。如果應用消耗大量內存,并且創建大量autorelease對象,你需要創建自己的autorelease pool,用來及時地釋放不再使用的對象。
五、暫停和繼續queue
我們可以使用dispatch_suspend函數暫停一個queue以阻止它執行block對象;使用dispatch_resume函數繼續dispatch queue。調用dispatch_suspend會增加queue的引用計數,調用dispatch_resume則減少queue的引用計數。當引用計數大于0時,queue就保持掛起狀態。因此你必須對應地調用suspend和resume函數。掛起和繼續是異步的,而且只在執行block之間（比如在執行一個新的block之前或之后）生效。掛起一個queue不會導致正在執行的block停止。
六、Dispatch Group的使用
假設有這樣一個需求：從網絡上下載兩張不同的圖片，然后顯示到不同的UIImageView上去，一般可以這樣實現
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我們可以使用dispatch_group_async函數將多個任務關聯到一個Dispatch Group和相應的queue中，group會并發地同時執行這些任務。而且Dispatch Group可以用來阻塞一個線程, 直到group關聯的所有的任務完成執行。有時候你必須等待任務完成的結果,然后才能繼續后面的處理。
下面用Dispatch Group優化上面的代碼：
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的多线程编程4 - GCD的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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