iOS中GCD的使用小结

本篇博客共分以下几个模块来介绍GCD的相关内容:

多线程相关概念多线程编程技术的优缺点比较？GCD中的三种队列类型The main queue(主线程串行队列)Global queue（全局并发队列)Custom queue (自定义队列)Group queue (队列组)GCD中一些系统提供的常用dispatch方法

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多线程相关概念

进程与线程    进程概念： 进程是程序在计算机上的一次执行活动，打开一个app，就开启了一个进程，可包含多个线程。    线程概念： 独立执行的代码段，一个线程同时间只能执行一个任务，反之多线程并发就可以在同一时间执行多个任务。    iOS程序中，主线程（又叫作UI线程）主要任务是处理UI事件，显示和刷新UI，（只有主线程有直接修改UI的能力）耗时的操作放在子线程（又叫作后台线程、异步线程）。在iOS中开子线程去处理耗时的操作，可以有效提高程序的执行效率，提高资源利用率。但是开启线程会占用一定的内存，（主线程的堆栈大小是1M，第二个线程开始都是512KB，并且该值不能通过编译器开关或线程API函数来更改）降低程序的性能。所以一般不要同时开很多线程。线程相关    同步线程：同步线程会阻塞当前线程去执行线程内的任务，执行完之后才会反回当前线程。    异步线程：异步线程不会阻塞当前线程，会开启其他线程去执行线程内的任务。    串行队列：线程任务按先后顺序逐个执行（需要等待队列里面前面的任务执行完之后再执行新的任务）。    并发队列：多个任务按添加顺序一起开始执行（不用等待前面的任务执行完再执行新的任务），但是添加间隔往往忽略不计，所以看着像是一起执行的。    并发VS并行：并行是基于多核设备的，并行一定是并发，并发不一定是并行。多线程中会出现的问题    Critical Section（临界代码段）    指的是不能同时被两个线程访问的代码段，比如一个变量，被并发进程访问后可能会改变变量值，造成数据污染（数据共享问题）。    Race Condition (竞态条件)    当多个线程同时访问共享的数据时，会发生争用情形，第一个线程读取改变了一个变量的值，第二个线程也读取改变了这个变量的值，两个线程同时操作了该变量，此时他们会发生竞争来看哪个线程会最后写入这个变量，最后被写入的值将会被保留下来。    Deadlock (死锁)    两个（多个）线程都要等待对方完成某个操作才能进行下一步，这时就会发生死锁。    Thread Safe（线程安全）    一段线程安全的代码（对象），可以同时被多个线程或并发的任务调度，不会产生问题，非线程安全的只能按次序被访问。    所有Mutable对象都是非线程安全的，所有Immutable对象都是线程安全的，使用Mutable对象，一定要用同步锁来同步访问（@synchronized）。    互斥锁：能够防止多线程抢夺造成的数据安全问题，但是需要消耗大量的资源    原子属性（atomic）加锁        atomic: 原子属性，为setter方法加锁，将属性以atomic的形式来声明，该属性变量就能支持互斥锁了。        nonatomic: 非原子属性，不会为setter方法加锁，声明为该属性的变量，客户端应尽量避免多线程争夺同一资源。    Context Switch （上下文切换）    当一个进程中有多个线程来回切换时，context switch用来记录执行状态，这样的进程和一般的多线程进程没有太大差别，但会产生一些额外的开销。

多线程编程技术的优缺点比较

NSThread (抽象层次：低)    优点：轻量级，简单易用，可以直接操作线程对象    缺点: 需要自己管理线程的生命周期，线程同步。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销。Cocoa NSOperation (抽象层次：中)    优点：不需要关心线程管理，数据同步的事情，可以把精力放在学要执行的操作上。基于GCD，是对GCD 的封装，比GCD更加面向对象    缺点: NSOperation是个抽象类，使用它必须使用它的子类，可以实现它或者使用它定义好的两个子类NSInvocationOperation、NSBlockOperation.GCD 全称Grand Center Dispatch (抽象层次：高)    优点：是 Apple 开发的一个多核编程的解决方法，简单易用，效率高，速度快，基于C语言，更底层更高效，并且不是Cocoa框架的一部分，自动管理线程生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）。    缺点: 使用GCD的场景如果很复杂，就有非常大的可能遇到死锁问题。    GCD抽象层次最高，使用也简单，因此，苹果也推荐使用GCD

GCD中的三种队列类型

GCD编程的核心就是dispatch队列，dispatch block的执行最终都会放进某个队列中去进行。

The main queue（主线程串行队列): 与主线程功能相同，提交至Main queue的任务会在主线程中执行，    Main queue 可以通过dispatch_get_main_queue()来获取。Global queue（全局并发队列): 全局并发队列由整个进程共享，有高、中（默认）、低、后台四个优先级别。    Global queue 可以通过调用dispatch_get_global_queue函数来获取（可以设置优先级）Custom queue (自定义队列): 可以为串行，也可以为并发。    Custom queue 可以通过dispatch_queue_create()来获取；Group queue (队列组)：将多线程进行分组，最大的好处是可获知所有线程的完成情况。    Group queue 可以通过调用dispatch_group_create()来获取，通过dispatch_group_notify,可以直接监听组里所有线程完成情况。

gcd中相关函数的使用一般都是以dispatch开头

The main queue(主线程串行队列)

dispatch_sync 同步执行任务函数，不会开启新的线程，dispatch_async 异步执行任务函数，会开启新的线程

获取主线程串行队列dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();主线程串行队列同步执行任务，在主线程运行时，会产生死锁dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();dispatch_sync(mainQueue,^{NSLog("MainQueue");            });程序一直处于等待状态，block中的代码将执行不到主线程串行队列异步执行任务，在主线程运行，不会产生死锁。dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();dispatch_async(mainQueue,^{NSLog("MainQueue");            });程序正常运行，block中的代码正常运行从子线程，异步返回主线程更新UI<这种使用方式比较多>dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);dispatch_async(globalQueue, ^{    //子线程异步执行下载任务，防止主线程卡顿    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://www.baidu.com"];    NSError *error;    NSString *htmlData = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];    if (htmlData != nil) {        dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();         //异步返回主线程，根据获取的数据，更新UI        dispatch_async(mainQueue, ^{            NSLog(@"根据更新UI界面");        });    } else {        NSLog(@"error when download:%@",error);    }});主线程串行队列由系统默认生成的，所以无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。

Global queue（全局并发队列)

耗时的操作，比如读取网络数据，IO,数据库读写等，我们会在另外一个线程中处理这些操作，然后通知主线程更新界面

获取全局并发队列//程序默认的队列级别，一般不要修改,DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT == 0dispatch_queue_t globalQueue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);//HIGHdispatch_queue_t globalQueue2 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);//LOWdispatch_queue_t globalQueue3 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);//BACKGROUNDdispatch_queue_t globalQueue4 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);全局并发队列同步执行任务，在主线程执行会导致页面卡顿。dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);NSLog(@"current task");dispatch_sync(globalQueue, ^{    sleep(2.0);    NSLog(@"sleep 2.0s");});NSLog(@"next task");控制台输出如下：2015-11-18 15:51:45.550 Whisper[33152:345023] current task2015-11-18 15:51:47.552 Whisper[33152:345023] sleep 2.0s2015-11-18 15:51:47.552 Whisper[33152:345023] next task2s钟之后，才会执行block代码段下面的代码。全局并发队列异步执行任务，在主线程运行，会开启新的子线程去执行任务，页面不会卡顿。dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);NSLog(@"current task");dispatch_async(globalQueue, ^{    sleep(2.0);    NSLog(@"sleep 2.0s");});NSLog(@"next task");控制台输出如下:2015-11-18 15:50:14.999 Whisper[33073:343781] current task2015-11-18 15:50:15.000 Whisper[33073:343781] next task2015-11-18 15:50:17.004 Whisper[33073:343841] sleep 2.0s主线程不用等待2s钟，继续执行block代码段后面的代码。多个全局并发队列，异步执行任务。dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);NSLog(@"current task");dispatch_async(globalQueue, ^{    NSLog(@"最先加入全局并发队列");});dispatch_async(globalQueue, ^{    NSLog(@"次加入全局并发队列");});NSLog(@"next task");控制台输出如下:2015-11-18 16:54:52.202 Whisper[39827:403208] current task2015-11-18 16:54:52.203 Whisper[39827:403208] next task2015-11-18 16:54:52.205 Whisper[39827:403309] 最先加入全局并发队列2015-11-18 16:54:52.205 Whisper[39827:403291] 次加入全局并发队列异步线程的执行顺序是不确定的。几乎同步开始执行全局并发队列由系统默认生成的，所以无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。

Custom queue (自定义队列)

自定义串行队列    获取自定义串行队列    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    NSLog(@"%s",dispatch_queue_get_label(conCurrentQueue)) ;    控制台输出：    2015-11-19 11:05:34.469 Whisper[1223:42960] com.dullgrass.serialQueue    dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr)函数中第一个参数是给这个queue起的标识，这个在调试的可以看到是哪个队列在执行，或者在crash日志中，也能做为提示。第二个是需要创建的队列类型，是串行的还是并发的    自定义串行队列同步执行任务    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    NSLog(@"current task");    dispatch_sync(serialQueue, ^{    NSLog(@"最先加入自定义串行队列");    sleep(2);    });    dispatch_sync(serialQueue, ^{    NSLog(@"次加入自定义串行队列");    });    NSLog(@"next task");    控制台输出：    2015-11-18 17:09:40.025 Whisper[40241:416296] current task    2015-11-18 17:09:40.027 Whisper[40241:416296] 最先加入自定义串行队列    2015-11-18 17:09:43.027 Whisper[40241:416296] 次加入自定义串行队列    2015-11-18 17:09:43.027 Whisper[40241:416296] next task    当前线程等待串行队列中的子线程执行完成之后再执行，串行队列中先进来的子线程先执行任务，执行完成后，再执行队列中后面的任务。    自定义串行队列嵌套执行同步任务，产生死锁    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    dispatch_sync(serialQueue, ^{   //该代码段后面的代码都不会执行，程序被锁定在这里    NSLog(@"会执行的代码");    dispatch_sync(serialQueue, ^{       NSLog(@"代码不执行");    });    });    异步执行串行队列，嵌套同步执行串行队列，同步执行的串行队列中的任务将不会被执行，其他程序正常执行    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    dispatch_async(serialQueue, ^{    NSLog(@"会执行的代码");    dispatch_sync(serialQueue, ^{       NSLog(@"代码不执行");    });    });    注意不要嵌套使用同步执行的串行队列任务自定义并发队列    获取自定义并发队列    dispatch_queue_t conCurrentQueue =   dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);    自定义并发队列执行同步任务    dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);    NSLog(@"current task");    dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"先加入队列");    });    dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"次加入队列");    });    NSLog(@"next task");    控制台输出如下：    2015-11-19 10:36:23.259 Whisper[827:20596] current task    2015-11-19 10:36:23.261 Whisper[827:20596] 先加入队列    2015-11-19 10:36:23.261 Whisper[827:20596] 次加入队列    2015-11-19 10:36:23.261 Whisper[827:20596] next task    自定义并发队列嵌套执行同步任务（不会产生死锁，程序正常运行）dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);NSLog(@"current task");dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{     NSLog(@"先加入队列");     dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{         NSLog(@"次加入队列");     });});NSLog(@"next task");    控制台输出如下：    2015-11-19 10:39:21.301 Whisper[898:22273] current task    2015-11-19 10:39:21.303 Whisper[898:22273] 先加入队列    2015-11-19 10:39:21.303 Whisper[898:22273] 次加入队列    2015-11-19 10:39:21.303 Whisper[898:22273] next task    自定义并发队列执行异步任务    dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);    NSLog(@"current task");    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"先加入队列");    });    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"次加入队列");    });    NSLog(@"next task");    控制台输出如下：    2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26445] current task    2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26445] next task    2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26505] 次加入队列    2015-11-19 10:45:22.290 Whisper[1050:26500] 先加入队列    异步执行任务，开启新的子线程，不影响当前线程任务的执行，并发队列中的任务，几乎是同步执行的，输出顺序不确定

Group queue (队列组)

当遇到需要执行多个线程并发执行，然后等多个线程都结束之后，再汇总执行结果时可以用group queue

使用场景： 同时下载多个图片，所有图片下载完成之后去更新UI（需要回到主线程）或者去处理其他任务（可以是其他线程队列）。原理：使用函数dispatch_group_create创建dispatch group,然后使用函数dispatch_group_async来将要执行的block任务提交到一个dispatch queue。同时将他们添加到一个组，等要执行的block任务全部执行完成之后，使用dispatch_group_notify函数接收完成时的消息。使用示例:dispatch_queue_t conCurrentGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();dispatch_group_t groupQueue = dispatch_group_create();NSLog(@"current task");dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{   NSLog(@"并行任务1");});dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{   NSLog(@"并行任务2");});dispatch_group_notify(groupQueue, mainQueue, ^{   NSLog(@"groupQueue中的任务 都执行完成,回到主线程更新UI");});NSLog(@"next task");控制台输出:2015-11-19 13:47:55.117 Whisper[1645:97116] current task2015-11-19 13:47:55.117 Whisper[1645:97116] next task2015-11-19 13:47:55.119 Whisper[1645:97178] 并行任务12015-11-19 13:47:55.119 Whisper[1645:97227] 并行任务22015-11-19 13:47:55.171 Whisper[1645:97116] groupQueue中的任务 都执行完成,回到主线程更新UI在当前线程阻塞的同步等待dispatch_group_waitdispatch_group_t groupQueue = dispatch_group_create();dispatch_time_t delayTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 10 * NSEC_PER_SEC);dispatch_queue_t conCurrentGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);NSLog(@"current task");dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{   long isExecuteOver = dispatch_group_wait(groupQueue, delayTime);   if (isExecuteOver) {       NSLog(@"wait over");   } else {       NSLog(@"not over");   }   NSLog(@"并行任务1");});dispatch_group_async(groupQueue, conCurrentGlobalQueue, ^{   NSLog(@"并行任务2");});控制台输出如下：2015-11-19 14:37:29.514 Whisper[2426:126683] current task2015-11-19 14:37:29.518 Whisper[2426:126791] 并行任务22015-11-19 14:37:39.515 Whisper[2426:126733] wait over2015-11-19 14:37:39.516 Whisper[2426:126733] 并行任务1    dispatch_time(dispatch_time_t when, int64_t delta);    参数注释：    第一个参数一般是DISPATCH_TIME_NOW，表示从现在开始    第二个参数是延时的具体时间    延时1秒可以写成如下几种：    NSEC_PER_SEC----每秒有多少纳秒    dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1*NSEC_PER_SEC);    USEC_PER_SEC----每秒有多少毫秒（注意是指在纳秒的基础上）    dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1000*USEC_PER_SEC); //SEC---毫秒    NSEC_PER_USEC----每毫秒有多少纳秒。    dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, USEC_PER_SEC*NSEC_PER_USEC);SEC---纳秒

GCD中一些系统提供的常用dispatch方法

dispatch_after延时添加到队列    使用示例：    dispatch_time_t delayTime3 = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3*NSEC_PER_SEC);    dispatch_time_t delayTime2 = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 2*NSEC_PER_SEC);    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();    NSLog(@"current task");    dispatch_after(delayTime3, mainQueue, ^{      NSLog(@"3秒之后添加到队列");    });    dispatch_after(delayTime2, mainQueue, ^{       NSLog(@"2秒之后添加到队列");    });    NSLog(@"next task");    控制台输出如下：    2015-11-19 15:50:19.369 Whisper[2725:172593] current task    2015-11-19 15:50:19.370 Whisper[2725:172593] next task    2015-11-19 15:50:21.369 Whisper[2725:172593] 2秒之后添加到队列    2015-11-19 15:50:22.654 Whisper[2725:172593] 3秒之后添加到队列    dispatch_after只是延时提交block，并不是延时后立即执行，并不能做到精确控制，需要精确控制的朋友慎用哦dispatch_apply在给定的队列上多次执行某一任务，在主线程直接调用会阻塞主线程去执行block中的任务。    dispatch_apply函数的功能：把一项任务提交到队列中多次执行，队列可以是串行也可以是并行，dispatch_apply不会立刻返回，在执行完block中的任务后才会返回，是同步执行的函数。    dispatch_apply正确使用方法：为了不阻塞主线程，一般把dispatch_apply放在异步队列中调用，然后执行完成后通知主线程    使用示例:    dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);    NSLog(@"current task");    dispatch_async(globalQueue, ^{    dispatch_queue_t applyQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);    //第一个参数，3--block执行的次数    //第二个参数，applyQueue--block任务提交到的队列    //第三个参数，block--需要重复执行的任务    dispatch_apply(3, applyQueue, ^(size_t index) {          NSLog(@"current index %@",@(index));          sleep(1);    });    NSLog(@"dispatch_apply 执行完成");    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();    dispatch_async(mainQueue, ^{          NSLog(@"回到主线程更新UI");    });    });    NSLog(@"next task");    控制台输出如下：    2015-11-19 16:24:45.015 Whisper[4034:202269] current task    2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202269] next task    2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202347] current index 0    2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202344] current index 1    2015-11-19 16:24:45.016 Whisper[4034:202345] current index 2    2015-11-19 16:24:46.021 Whisper[4034:202347] dispatch_apply 执行完成    2015-11-19 16:24:46.021 Whisper[4034:202269] 回到主线程更新UI    嵌套使用dispatch_apply会导致死锁。dispatch_once保证在app运行期间，block中的代码只执行一次    经典使用场景－－－单例    单例对象ShareManager的定义： ShareManager的.h文件#import <Foundation/Foundation.h>@interface ShareManager : NSObject@property (nonatomic, copy) NSString *someProperty;+ (ShareManager *)shareManager;+ (ShareManager *)sharedManager;@endShareManager的.m文件#import "ShareManager.h"@implementation ShareManagerstatic ShareManager *sharedManager = nil;//GCD实现单例功能+ (ShareManager *)shareManager{ static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{     sharedManager = [[self alloc] init]; }); return sharedManager;}//在ARC下，非GCD，实现单例功能+ (ShareManager *)sharedManager{ @synchronized(self) {     if (!sharedManager) {         sharedManager = [[self alloc] init];     } } return sharedManager;}- (instancetype)init{ self = [super init]; if (self) {      _someProperty =@"Default Property Value"; } return self;}@endShareManager的使用#import "ShareManager.h"在需要使用的函数中，直接调用下面的方法ShareManager *share = [ShareManager sharedManager];NSLog(@"share is %@",share.someProperty);dispatch_barrier_async 栅栏的作用    功能：是在并行队列中，等待在dispatch_barrier_async之前加入的队列全部执行完成之后（这些任务是并发执行的）再执行dispatch_barrier_async中的任务，dispatch_barrier_async中的任务执行完成之后，再去执行在dispatch_barrier_async之后加入到队列中的任务（这些任务是并发执行的）。    使用示例:    dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.dullgrass.conCurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{      NSLog(@"dispatch 1");    });    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"dispatch 2");    });    dispatch_barrier_async(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"dispatch barrier");    });    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"dispatch 3");    });    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{       NSLog(@"dispatch 4");    });    控制台输出如下:    2015-11-19 18:12:34.125 Whisper[22633:297257] dispatch 1    2015-11-19 18:12:34.125 Whisper[22633:297258] dispatch 2    2015-11-19 18:12:34.126 Whisper[22633:297258] dispatch barrier    2015-11-19 18:12:34.127 Whisper[22633:297258] dispatch 3    2015-11-19 18:12:34.127 Whisper[22633:297257] dispatch 4

文／dullgrass（简书作者）
原文链接：http://www.jianshu.com/p/ae786a4cf3b1