iOS 开发之多线程GCD介绍

在ios的开发和学习中多线程编程是必须会遇到并用到的，ios本身也是和大部分语言一样，提供了NSThread线程类，但是实际上我们不会手动的去创建一个线程来处理任务，然后再加到某个队列再执行最后关闭等等。因为这些是系统比较底层的api类，处理起来太过麻烦，所以苹果自己给我们封装了一套处理多线程的神器——GCD（Grand Central Dispatch），牛逼的调度系统！有了他我们不需要再和线程打交道，只需要把相应的任务添加到一个队列中就行了，它会自动的根据当前CPU的资源情况，给我们分配和创建相应的线程，来处理我们的操作。听起来是不是很诱人，很省事，赶紧熟悉一下怎么使用它。

在使用之前，首先必须了解几个概念：同步，异步，并行，串行，锁等。

1.同步：根据代码更容易说明问题

for (int i = 0 ; i < 10; i++) {             UIImage *img = [self getImgeWith:[urlArr objectForIndex:i]];         [myImgV[i] setImage:img];         }

假设我要加载10个图片，我现在拥有这些图片的资源地址，保存在一个数组中。 
我们先以获取第一张图片来举例： 
同步执行的概念就是，我获取完第一张图片的， 
执行了for循环第一句后会去下载图片，必须等返回了img后，我才能执行第二句，UI界面的刷新。 
如果第一句返回的时间需要10秒，那我程序的响应就仿佛一直卡在这里一样，我无法进行其他操作。必须等它返回！！ 
因此，同步的一个很好理解的就是，一步走到黑，一步一步的往下走，上面的执行完了以后，才可以执行下面的操作。

2.异步

for (int i = 0 ; i < 10; i++) {        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        // 处理耗时操作的代码块...         UIImage *img = [self getImgeWith:[urlArr objectForIndex:i]];        //通知主线程刷新        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{            //回调或者说是通知主线程刷新，              [myImgV[i] setImage:img];        });            });

看了这代码，我们会说，异步操作那个假设还是要10秒啊，总体看来，执行一张图片的时间加载还是要在10秒左右啊， 
貌似异步没什么鸟用么。但是，别忽略了其中一点，也是核心的一点，此时我们图片获取操作放在里一个线程队列里， 
此刻，虽然我们看着图片的加载还是需要10秒才会出来，但是，在这10秒期间，我们的UI主线程是可以操作的，比如界面上有个按钮，你是可以按的 
而不是如上面的同步，在10秒期间，我是只能干等着，什么都做不了。 
异步的核心概念就是一个新线程，一个消息回调通知。 把耗时的操作放在子线程，不要阻塞主线程，等耗时任务处理好以后，回到主线程刷新UI。

补充说明：或许你会觉得同步怎么这么low，直接卡住了，往下面都不能操作了，那为什么还需要同步这个概念，注意了，不要被这些现象所迷惑，其实上面的异步里面也是有同步的思想的，比如上面设置图片的操作就必须在图片下载完成以后才可以进行，这就是典型的同步的思想，后面一步必须要等到前面一步操作的结果。总结来说：一次数据获取和图像填充，其实算是一个图像获取加载事件，这个事件可以说包含两个单元，加载和填充。
而整个这个事件对于我们点击其他按钮并无关系（主线程的操作），那么也就说明了无需同步，但是这两个单元之间是需要同步的。所以当你要进行异步的操作的时候，要分清楚使用的场景和事件之间的关系。

3.并行

我们还是以上代码为例。一个for循环。其实上面代码过后，我是创建了10个异步线程。 这10个线程分别下载自己的图片，互不相干，等于效率高了10倍。（当然这个是否会并行，是要看这10个线程加到的队列的类型，是并行队列还是串行队列，这个下面会有详细介绍）。

提交到一个队列的任务，比如提交了任务1和任务2，在任务1开始执行，并且没有执行完毕时候，任务2就可以开始执行。补充一点，全局队列默认就是并行的

4.串行

提交到一个队列中的任务，比如提交了任务1和任务2，只有任务1结束后，任务2才可执行

PS：简单阐述下异步和并发关系。 （借鉴的一片博客里面的比喻，感觉很形象，利于理解）
其实看了上面说的，异步只是提供了一种多线程处理的概念， 
并发是更像是异步的一种大规模实现。 
就好比说，异步提出了可以用小弟去收保护费，收完了告诉并交给自己，而我在期间做其他要做的事。 
并发突然想到，异步这个很有道理啊，那我有4个地方要收，一个小弟去收，虽然我还是可以闲着做其他的事， 
但是小弟跑四个地方，我拿到钱所需要的时间还是和我自己去收一样的，只不过我不用那么费劲了，还能做其他事了。 
因此，并发觉得应该派四个小弟去，因为每个场地的保护费各不相干的。（刚看了个纽约黑帮~）。 

因此说，异步解决了线程堵塞，而并发则是在异步的基础上，提高了符合特性事件的处理时间效率。 
注意上面的符合特性的意义，就是说在合适的场景使用，如果10个图片下载本身相互间是没什么联系，这个时候是没有问题的，可以进行并发下载。

但是，最后一个事件需要处理计算这10个图片的总容量值。 那么这个时候可以用 dispatch_group_async。将这些下载的操作放在一个组里面，等全部下载完成 进行计算，总在要分清使用场景吧！！！

介绍完上面的基本概念之后，开始介绍GCD：

简介：GCD是对多线程、多核开发较完整的封装。在使用GCD的时候，系统会自动根据CPU使用情况进行调度，所以GCD是
一个简单易用，但是效果很好地多线程多核开发工具

一、概念与类型
对于GCD来说，所有的执行都放到队列中(queue)，队列的特点是FIFO（先提交的先执行）。
GCD的队列分为几种，主队列（main）,全局队列(global),用户创建队列(create)
对于全局队列，默认有四个，分为四个优先级

1. #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH         2  
2. #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT      0  
3. #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW          (-2)  
4. #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND   INT16_MIN  

DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH:优先级最高，在default,和low之前执行
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 默认优先级，在low之前，在high之后
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW 在high和default后执行
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND:提交到这个队列的任务会在high优先级的任务和已经提交到background队列的执行完后执行。官方文档：(the queue is scheduled for execution after all high priority queues have been scheduled and the system runs items on a thread whose priority is set for background status.)

注意：提交到队列中的任务是串行执行，还是并行执行由队列本身决定。

二、示例详解

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1. func dispatch_async(_ queue: dispatch_queue_t!,  
2.                   _ block: dispatch_block_t!)  

参数：
queue 提交到的队列，队列的类型决定了是串行还是并行执行队列中的任务
block 要执行的操作

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1. func dispatch_async_f(_ queue: dispatch_queue_t!,  
2.                     _ context: UnsafeMutablePointer<Void>,  
3.                     _ work: dispatch_function_t)  

参数
queue 提交到的队列，队列的类型决定了是串行还是并行执行队列中的任务
context 传递给work的参数

work 执行的函数(C语言函数)

dispatch_sync 和 dispatch_sync的参数和上述对应一致，所以不再列出

总得来说带有后缀_f(比如dispatch_sync_f，dispatch_after_f)就是提交给队列一个C语言函数，因为极少用到这种形式，这里仅给出一个简单例子，后面的涉及到_f的都略过。

1、dispatch_async/dispatch_sync
功能：提交到队列中异步/同步执行
本示例：下载一张图片，图片下载完毕后通知UI改变
注意：要改变UI必须在主队列上执行
这里用到了一个获取全局队列的函数

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1. func dispatch_get_global_queue(_ identifier: Int,  
2.                              _ flags: UInt) -> dispatch_queue_t!  

这个函数的第一个参数是队列的优先级，第二个参数尚没有意义，直接写0就可以了。

创建一个基于单页面的Swift工程，然后在ViewController.swift中，

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1. class ViewController: UIViewController{    
2.     var imageview = UIImageView(frame: CGRectMake(40,40,200,200))    
3.     override func viewDidLoad(){    
4.         super.viewDidLoad()    
5.         imageview.contentMode = UIViewContentMode.ScaleAspectFit    
6.         self.view.addSubview(imageview)    
7.         let url = "http://f.hiphotos.baidu.com/image/pic/item/e1fe9925bc315c60191d32308fb1cb1348547760.jpg"    
8.         let imageURL = NSURL(string:url)     
9.     var globalQueueDefault = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0)  
10.     dispatch_async(globalQueueDefault){  
11.         var imageData = NSData(contentsOfURL:imageURL!)  
12.         var image = UIImage(data:imageData!)  
13.         if let successfulImage = image{  
14.             sleep(2)  
15.             dispatch_async(dispatch_get_main_queue()){  
16.                 self.imageview.image = successfulImage  
17.             }  
18.         }  
19.     }  
20.     }    
21.     override func didReceiveMemoryWarning(){    
22.         super.didReceiveMemoryWarning()    
23.     }    
24. }    

执行，观察下效果：view立刻载入，然后过一段时间，图片下载完了，UI改变
然后，我们观察dispatch_sync
只需要修改这一行即可

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1. dispatch_sync(globalQueueDefault,0){  

执行，观察下效果：view载入很慢，但是在载入的时候，图片下载完了。UI已经改变。可以打在这一行打断点，会发现异步执行会立刻返回，同步执行会等待执行结束后返回。
所以，当我们有一件非常耗时的事情，放到后台队列中去做，等做完了通知UI改变，是不会阻塞UI，降低用户体验的。

三、理解下并行队列和串行队列
这里用到了一个函数

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1. func dispatch_queue_create(_ label: UnsafePointer<Int8>,  
2.                          _ attr: dispatch_queue_attr_t!) -> dispatch_queue_t!  

参数
label String类型的队列标示符，通常取做com.companyname.productname.functionname
attr  两种类型。DISPATCH_QUEUE_SERIAL创建一个顺序执行队列， DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT创建同时执行队列


ViewController的完整代码，这里提交两个任务，通过输出来判断是并行队列，还是串行队列

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1. class ViewController: UIViewController{    
2.     var imageview = UIImageView(frame: CGRectMake(40,40,200,200))    
3.     override func viewDidLoad(){    
4.         super.viewDidLoad()   
5.     dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0)){  
6.         for var i = 0;i < 5;i++ {  
7.             NSLog("First task:%d",i)  
8.             sleep(1)  
9.         }  
10.     }  
11.     dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0)){  
12.         for var j = 0;j < 5;j++ {  
13.             NSLog("Second task:%d",j)  
14.             sleep(1)  
15.         }  
16.     }  
17.     println("dispatch is over")  
18.     }    
19.     override func didReceiveMemoryWarning(){    
20.         super.didReceiveMemoryWarning()    
21.     }    
22. }   

这里执行输出为：

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1. First task:0  
2. Second task:0  
3. First task:1  
4. Second task:1  
5. First task:2  
6. Second task:2  
7. First task:3  
8. Second task:3  
9. First task:4  
10. Second task:4  

这段代码执行时间4.03s

然后，我们使用串行执行的队列

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1. class ViewController: UIViewController{    
2.     var imageview = UIImageView(frame: CGRectMake(40,40,200,200))    
3.     override func viewDidLoad(){    
4.         super.viewDidLoad()  
5.     var serialQueue =  dispatch_queue_create(label:   
6.   
7.   
8. "com.test.helloHwc",attr:DISPATCH_QUEUE_SERIAL)  
9.     dispatch_async(serialQueue){  
10.         for var i = 0;i < 5;i++ {  
11.             NSLog("First task:%d",i)  
12.             sleep(1)  
13.         }  
14.     }  
15.     dispatch_async(serialQueue){  
16.         for var j = 0;j < 5;j++ {  
17.             NSLog("Second task:%d",j)  
18.                         sleep(1)  
19.         }  
20.     }  
21.     println("dispatch is over")  
22.     }    
23.     override func didReceiveMemoryWarning(){    
24.         super.didReceiveMemoryWarning()    
25.     }    
26. }   

这里输出为

[plain] view plain copy

 

1. First task:0  
2. First task:1  
3. First task:2  
4. First task:3  
5. First task:4  
6. Second task:0  
7. Second task:1  
8. Second task:2  
9. Second task:3  
10. Second task:4  

这段代码执行时间8.06秒

看出来并行和串行执行的差别了吧。

所以，记住一点，把过程不相关的任务，提交到并行的队列中会显著提高效率

补充，注意理解，是过程不想关的，也就是不用分具体执行的细节，只要结果得到就行了，这种是并行的适用的场景。如果是后面的操作需要前一步操作的结果，那就只能串行了。

以上就是GCD的常用的情况，后续有需要补充的，再添加进来。