并发编程之Operation Queue和GCD
来源:互联网 发布:基金止盈软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/17 04:11
并发编程之GCD
在《并发编程之Operation Queue》中讲了Cocoa并发编程中的OperationQueue,了解了OperationQueue是一个面向对象的并发编程接口,它支持并发数,线程优先级,任务优先级,任务依赖关系等多种配置,可以方便满足各种复杂的多任务处理场景。本篇将接着讲另一种并发编程机制 – GCD(Grand CentralDispatch)。iOS4.0中首度引入GCD,GCD是管理任务执行的一项技术,它使得我们对多任务处理变得更加方便和有效。它支持同步或异步任务处理,串行或并行的处理队列(DispathQueue),非系统调用的信号量机制,定时任务处理,进程、文件或网络的监听任务等。这个庞大的任务处理技术大大减少了线程的管理工作,使基于任务的开发变得更加高效。
DispatchQueue
Dispatch Queue是一个任务执行队列,可以让你异步或同步地执行多个Block或函数。DispatchQueue是FIFO的,即先入队的任务总会先执行。目前有三种类型的Dispath Queue:
1.串行队列(Serial dispatch queue)
2.并发队列(Concurrent dispatch queue)
3.主队列(Main dispatch queue)
串行队列
串行队列一次只能处理一个任务,可以由用户调用dispatch_queue_create创建:
- dispatch_queue_t
queue; - queue
= dispatch_queue_create("com.example.MyQueue", NULL);
dispatch_queue_create第一个参数是串行队列标识,一般用反转域名的格式表示以防冲突;第二个参数是queue的类型,设为NULL时默认是DISPATCH_QUEUE_SERIAL,将创建串行队列,在必要情况下,你可以将其设置为DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT来创建自定义并行队列。
并行队列
并行队列可以同时处理多个任务,在不得以的情况下可以用dispatch_queue_create创建,但一般我们都要用系统预定义的并行队列,即全局队列(Global Concurrent DispatchQueues)。目前系统预定义了四个不同运行优先级的全局队列,我们可以通过dispatch_get_global_queue来获取它们。
- dispatch_queue_t
aQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_get_global_queue第一个参数是队列的优先级,分别对应四个全局队列:
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND
dispatch_get_global_queue中第二个参数目前系统保留,请设置为0即可。
主队列
主队列是一个特殊的队列,它是系统预定义的运行在主线程的一个DispatchQueue。可以通过dispatch_get_main_queue来获取唯一的主队列。主队列一般运行一些需要与主线程同步的一些短时任务。
- dispatch_queue_t
mainQueue = dispatch_get_main_queue();
获取当前队列
你可以通过dispatch_get_current_queue获取运行时的队列:
- dispatch_queue_t
currentQueue = dispatch_get_current_queue();
如果在队列执行任务中调用,返回执行此任务的队列;如果在主线程中调用,将返回主队列;如果在一般线程(非主线程线程非队列执行任务)中调用,返回DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT全局队列。
在队列中运行任务
你可以随时向一个队列中添加一个新任务,只需要调用一下dispatch_async即可:
- dispatch_async(aQueue,
^{ -
//Do some work; - });
dispatch_async中的任务是异步执行的,就是说dispatch_async添加任务到执行队列后会立刻返回,而不会等待任务执行完成。然而,必要的话,你也可以调用dispatch_sync来同步的执行一个任务:
- dispatch_sync(aQueue,
^{ -
//Do some work; - });
dispatch_sync会阻塞当前线程直到提交的任务完全执行完毕。
Dispatch Queue的内存管理
除了系统预定义的Dispatch Queue,我们自定义的DispatchQueue需要手动的管理它的内存。dispatch_retain和dispatch_release这两个函数可以控制DispatchQueue的引用计数(同时可以控制后面会讲到的Dispatch Group和DispatchSource的引用计数)。当DispatchQueue引用计数变为0后,就会调用finalizer,finalizer是DispatchQueue销毁前调用的函数,用来清理DispatchQueue的相关资源。可以用dispatch_set_finalizer_f函数来设置DispatchQueue的finalizer,这个函数同时可以设置Dispatch Group和DispatchSource的销毁函数(后面会讲到)。
- void
dispatch_set_finalizer_f(dispatch_object_t object, dispatch_function_t finalizer);
Dispatch Queue的上下文环境数据
我们可以为每个DispatchQueue设置一个自定义的上下文环境数据,调用dispatch_set_context来实现。同时我们也可以用dispatch_get_context获取这个上下文环境数据,这个函数同时可以设置Dispatch Group和DispatchSource的上下文环境数据(后面会讲到)。
- void
dispatch_set_context(dispatch_object_t voidobject, *context); - void
* dispatch_get_context(dispatch_object_t object);
注意DispatchQueue并不保证这个context不会释放,不会对它进行内存管理控制。我们需要自行管理context的内存分配和释放。一般我们非配内存设置context后,可以在finalizer里释放context占有的内存。
并行执行循环
在编程过程中,我们经常会用到for循环,而且for循环要做很多相关的任务。比如:
- for
(i = 0; i < count; i++) { -
//do a lot of work here. -
doSomething(i); - }
如果for循环中处理的任务是可并发的,显然放到一个线程中处理是很慢的,GCD提供两个函数dispatch_apply和dispatch_apply_f,dispatch_apply是用于Block的,而dispatch_apply_f可以用于c函数,它们可以替代可并发的for循环,来并行的运行而提高执行效率。
- dispatch_queue_t
queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); - dispatch_apply(count,
queue, ^(size_t i) { -
//do a lot of work here. -
doSomething(i); - });
DispatchGroup
有时候我们进行下一步操作,而这个操作需要等待几个任务处理完毕后才能继续,这时我们就需要用的DispatchGroup(类似thread join)。我们可以把若干个任务放到一个Dispatch Group中:
- dispatch_queue_t
queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); - dispatch_group_t
group = dispatch_group_create(); - dispatch_group_async(group,
queue, ^{ -
// Some asynchronous work - });
dispatch_group_async跟dispatch_async一样,会把任务放到queue中执行,不过它比dispatch_async多做了一步操作就是把这个任务和group相关联。
把一些任务放到DispatchGroup后,我们就可以调用dispatch_group_wait来等待这些任务完成。若任务已经全部完成或为空,则直接返回,否则等待所有任务完成后返回。注意:返回后group会清空。
- dispatch_group_wait(group,
DISPATCH_TIME_FOREVER); - //
Do some work after. - dispatch_release(group);
Dispatch信号量
很多程序设计都设计到信号量,生产者-消费者模型在多线程编程中会频繁的使用。GCD提供了自己的一套信号量机制。
- dispatch_semaphore_t
sema = dispatch_semaphore_create(RESOURCE_SIZE); - dispatch_semaphore_wait(sema,
DISPATCH_TIME_FOREVER); - //do
some work here. - dispatch_semaphore_signal(sema);
dispatch_semaphore_wait用来获取信号量,若信号量为0,则等待直到信号量大于0。在处理任务结束后,应释放相关资源并调用dispatch_semaphore_signal使信号量增加1个。
DispatchSource
Dispatch Source是GCD中监听一些系统事件的有个Dispatch对象,它包括定时器、文件监听、进程监听、Machport监听等类型。
可以通过dispatch_source_create创建一个Dispatch Source:
- dispatch_source_t
dispatch_source_create( -
dispatch_source_type_t type, -
uintptr_t handle, -
unsigned long mask, -
dispatch_queue_t queue);
这里可以指定DispatchSource的类型,type可以为文件读或写、进程监听等。handle为监听对象的句柄,如果是文件就是文件描述符,如果是进程就是进程ID。mask用来指定一些想要监听的事件,它的意义取决于type。queue指定事件处理的任务队列。
创建好Dispatch Source后,我们要为DispatchSource设置一个事件处理模块。可以用dispatch_source_set_event_handler或dispatch_source_set_event_handler_f来设置:
- void
dispatch_source_set_event_handler( -
dispatch_source_t source, -
dispatch_block_t handler);
设置好DispatchSource后就可以调用dispatch_resume来启动监听。如果相应的事件发生就会触发事件处理模块。
同时我们也可以设置一个取消处理模块:
- dispatch_source_set_cancel_handler(mySource,
^{ -
close(fd); // Close a file descriptor opened earlier. - });
取消处理模块会在Dispatch Source取消时调用。
下面介绍一下主要的Dispatch Source类型和示例代码。
定时器
定时器Dispatch Source可以每隔一个固定的时间处理一下任务。
- dispatch_source_t
CreateDispatchTimer(uint64_t interval, -
uint64_t leeway, -
dispatch_queue_t queue, -
dispatch_block_t block) - {
-
dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, -
0, 0, queue); -
if (timer) -
{ -
dispatch_source_set_timer(timer, dispatch_walltime(NULL, 0), interval, leeway); -
dispatch_source_set_event_handler(timer, block); -
dispatch_resume(timer); -
} -
return timer; - }
-
- void
MyCreateTimer() - {
-
dispatch_source_t aTimer = CreateDispatchTimer(30ull * NSEC_PER_SEC, -
1ull * NSEC_PER_SEC, -
dispatch_get_main_queue(), -
^{ MyPeriodicTask(); }); -
-
// Store it somewhere for later use. -
if (aTimer) -
{ -
MyStoreTimer(aTimer); -
} - }
dispatch_after和dispatch_after_f
有时候我们只想处理一次延迟任务,可以用dispatch_after和dispatch_after_f
- void
dispatch_after( -
dispatch_time_t when, -
dispatch_queue_t queue, -
dispatch_block_t block);
监听文件事件
监听文件事件分好几个类型,有读、写、属性的监听。
读取文件
- dispatch_source_t
source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_READ, fd, 0, queue); - dispatch_source_set_event_handler(source,
^{ -
// Get some data from the source variable, which is captured -
// from the parent context. -
size_t estimated = dispatch_source_get_data(source); -
// Continue reading the descriptor... - });
- dispatch_resume(source);
写文件
- dispatch_source_t
writeSource = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_WRITE, -
fd, 0, queue); - if
(!writeSource) - {
-
close(fd); -
return NULL; - }
-
- dispatch_source_set_event_handler(writeSource,
^{ -
size_t bufferSize = MyGetDataSize(); -
void* buffer = malloc(bufferSize); -
-
size_t actual = MyGetData(buffer, bufferSize); -
write(fd, buffer, actual); -
-
free(buffer); -
-
// Cancel and release the dispatch source when done. -
dispatch_source_cancel(writeSource); - });
监听文件属性
- dispatch_source_t
source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_VNODE, -
fd, DISPATCH_VNODE_RENAME, queue); - if
(source) - {
-
// Copy the filename for later use. -
int length = strlen(filename); -
char* newString char*)malloc(length= ( + 1); -
newString = strcpy(newString, filename); -
dispatch_set_context(source, newString); -
-
// Install the event handler to process the name change -
dispatch_source_set_event_handler(source, ^{ -
const char* oldFilename = ( -
MyUpdateFileName(oldFilename, fd); -
}); -
-
// Install a cancellation handler to free the descriptor -
// and the stored string. -
dispatch_source_set_cancel_handler(source, ^{ -
char* fileStr char*)dispatch_get_context(source);= ( -
free(fileStr); -
close(fd); -
}); -
-
// Start processing events. -
dispatch_resume(source); - }
- else
-
close(fd);
监听进程事件
- dispatch_source_t
source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_PROC, -
parentPID, DISPATCH_PROC_EXIT, queue); - if
(source) - {
-
dispatch_source_set_event_handler(source, ^{ -
MySetAppExitFlag(); -
dispatch_source_cancel(source); -
dispatch_release(source); -
}); -
dispatch_resume(source); - }
监听中断信号
- dispatch_source_t
source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_SIGNAL, SIGHUP, 0, queue); - if
(source) - {
-
dispatch_source_set_event_handler(source, ^{ -
MyProcessSIGHUP(); -
}); -
-
// Start processing signals -
dispatch_resume(source); - }
参考文献
Dispatch Queues:https://developer.apple.com/library/mac/documentation/general/conceptual/concurrencyprogramminggu
Dispatch Sources:https://developer.apple.com/library/mac/documentation/general/conceptual/concurrencyprogramminggu
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