GCD、线程间通信、Runloop - iOS开发

Grand Central Dispatch (GCD)是Apple开发的一个多核编程的解决方法。

一、GCD中队列分类

dispatch queue分成以下三种：

1）运行在主线程的Main queue，通过dispatch_get_main_queue获取。dispatch_get_main_queue也是一种dispatch_queue_t。

2）并行队列global dispatch queue，通过dispatch_get_global_queue获取，由系统创建三个不同优先级的dispatch queue。并行队列的执行顺序与其加入队列的顺序相同。

3）串行队列serial queues一般用于按顺序同步访问，可创建任意数量的串行队列，各个串行队列之间是并发的。
        当想要任务按照某一个特定的顺序执行时，串行队列是很有用的。串行队列在同一个时间只执行一个任务。我们可以使用串行队列代替锁去保护共享的数据。和锁不同，一个串行队列可以保证任务在一个可预知的顺序下执行。

serial queues通过dispatch_queue_create创建，可以使用函数dispatch_retain和dispatch_release去增加或者减少引用计数。

//  后台执行： dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{      // something }); // 主线程执行： dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{      // something }); // 一次性执行： static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{     // code to be executed once }); // 延迟2秒执行： double delayInSeconds = 2.0; dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds * NSEC_PER_SEC); dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){     // code to be executed on the main queue after delay }); // 自定义dispatch_queue_t dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", NULL); dispatch_async(urls_queue, ^{  　 　// your code  }); dispatch_release(urls_queue); // 合并汇总结果 dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{      // 并行执行的线程一 }); dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{      // 并行执行的线程二 }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{      // 汇总结果 });

一个应用GCD的例子：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{        NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.baidu.com"];        NSError * error;        NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];        if (data != nil) {    //回到主线程            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{                NSLog(@"call back, the data is: %@", data);            });        } else {            NSLog(@"error when download:%@", error);        }    });

二、线程间通信

线程间通信和进程间通信从本质上讲是相似的。线程间通信就是在进程内的两个执行流之间进行数据的传递，就像两条并行的河流之间挖出了一道单向流动长沟，使得一条河流中的水可以流入另一条河流，物质得到了传递。

1.performSelect On The Thread框架为我们提供了强制在某个线程中执行方法的途径,如果两个非主线程的线程需要相互间通信，可以先将自己的当前线程对象注册到某个全局的对象中去，这样相互之间就可以获取对方的线程对象，然后就可以使用下面的方法进行线程间的通信了，由于主线程比较特殊，所以框架直接提供了在出线程执行的方法。

@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions) 

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array; 

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; 

// equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes 

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); 

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); 

// equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes ... @end

2.Mach Port 实现线程间通信
在苹果的Thread Programming Guide的Run Pool一节的Configuring a Port-Based Input Source 这一段中就有使用Mach Port进行线程间通信的例子。 其实质就是父线程创建一个NSMachPort对象，在创建子线程的时候以参数的方式将其传递给子线程，这样子线程中就可以向这个传过来的NSMachPort对象发送消息，如果想让父线程也可以向子线程发消息的话，那么子线程可以先向父线程发个特殊的消息，传过来的是自己创建的另一个NSMachPort对象，这样父线程便持有了子线程创建的port对象了，可以向这个子线程的port对象发送消息了。当然各自的port对象需要设置delegate以及schdule到自己所在线程的RunLoop中，这样来了消息之后，处理port消息的delegate方法会被调用，你就可以自己处理消息了。

三、GCD的另一个用处是可以让程序在后台较长久的运行。

在没有使用GCD时，当app被按home键退出后，app仅有最多5秒钟的时候做一些保存或清理资源的工作。但是在使用GCD后，app最多有10分钟的时间在后台长久运行。这个时间可以用来做清理本地缓存，发送统计数据等工作。

让程序在后台长久运行的示例代码如下：

// AppDelegate.h文件@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backgroundUpdateTask;// AppDelegate.m文件- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application{    [self beingBackgroundUpdateTask];    // 在这里加上你需要长久运行的代码    [self endBackgroundUpdateTask];}- (void)beingBackgroundUpdateTask{    self.backgroundUpdateTask = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{        [self endBackgroundUpdateTask];    }];}- (void)endBackgroundUpdateTask{    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundUpdateTask];    self.backgroundUpdateTask = UIBackgroundTaskInvalid;}

四、Runloop

RunLoop从字面上看是运行循环的意思，这一点也不错，它确实就是一个循环的概念，或者准确的说是线程中的循环。 本文一开始就提到有些程序是一个圈，这个圈本质上就是这里的所谓的RunLoop，就是一个循环，只是这个循环里加入很多特性。

首先循环体的开始需要检测是否有需要处理的事件，如果有则去处理，如果没有则进入睡眠以节省CPU时间。 所以重点便是这个需要处理的事件，在RunLoop中，需要处理的事件分两类，一种是输入源，一种是定时器，定时器好理解就是那些需要定时执行的操作，输入源分三类：performSelector源，基于端口（Mach port）的源，以及自定义的源。编程的时候可以添加自己的源。RunLoop还有一个观察者Observer的概念，可以往RunLoop中加入自己的观察者以便监控着RunLoop的运行过程，CFRunLoop.h中定义了所有观察者的类型:

enum CFRunLoopActivity { kCFRunLoopEntry = (1 << 0), kCFRunLoopBeforeTimers = (1 << 1), kCFRunLoopBeforeSources = (1 << 2), kCFRunLoopBeforeWaiting = (1 << 5), kCFRunLoopAfterWaiting = (1 << 6), kCFRunLoopExit = (1 << 7), kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU }; typedef enum CFRunLoopActivity CFRunLoopActivity;

拿具体的应用举个例子，NSURLConnection网络数据请求，默认是异步的方式，其实现原理就是创建之后将其作为事件源加入到当前的RunLoop，而等待网络响应以及网络数据接受的过程则在一个新创建的独立的线程中完成，当这个线程处理到某个阶段的时候比如得到对方的响应或者接受完了网络数据之后便通知之前的线程去执行其相关的delegate方法。所以在Cocoa中经常看到scheduleInRunLoop:forMode:这样的方法，这个便是将其加入到事件源中，当检测到某个事件发生的时候，相关的delegate方法便被调用。对于CoreFoundation这一层而言，通常的模式是创建输入源，然后将输入源通过CFRunLoopAddSource函数加入到RunLoop中，相关事件发生后，相关的回调函数会被调用。如CFSocket的使用。 另外RunLoop中还有一个运行模式的概念，每一个运行循环必然运行在某个模式下，而模式的存在是为了过滤事件源和观察者的，只有那些和当前RunLoop运行模式一致的事件源和观察者才会被激活。每一个线程都有其对应的RunLoop，但是默认非主线程的RunLoop是没有运行的，需要为RunLoop添加至少一个事件源，然后去run它。一般情况下我们是没有必要去启用线程的RunLoop的，除非你在一个单独的线程中需要长久的检测某个事件。

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