iOS 多线程之GCD

GCD 简介
1、什么是GCD？
全称是 Grand Central Dispatch，纯 C 语言编写，提供了非常多强大的函数
2、GCD的优势是什么？
GCD 是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
GCD 会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
GCD 会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
程序员只需要告诉 GCD 想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

串行并行、同步异步

一、概念

  • 同步执行(sync)：在当前线程中执行任务，任务未执行完时，会阻塞线程,不会开辟线程。

  • 异步执行(async)：另开辟线程执行任务，不会阻塞当前线程。

  • 串行队列:按顺序一个一个执行,FIFO先进先出原则

  • 并行队列:可以让多个任务并发（同时）执行。（可以开启多个线程，并且同时执行任务）

一般使用中会有如下四种情况

  • 串行队列,同步执行:在当前线程中,一个个执行
  • 串行队列,异步执行:另开辟一个线程,一个个执行
  • 并行队列,同步执行:在当前线程中,一个个执行
  • 并行队列,异步执行:另开辟多个线程,同时执行

也就是说串行同步和并行同步作用是一样的。

二、实例效果

结合代码看一下效果
串行同步

/**
 串行队列,同步执行
 */
- (void)createSerialQueueWithSync {
    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.neusoft", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        NSLog(@"A==%@", [NSThread currentThread]);
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        NSLog(@"B==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(serialQueue, ^{
        NSLog(@"C==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"D==%@", [NSThread currentThread]);
}

串行同步打印结果如下：


串行同步运行结果

从结果中我们能看到，符合串行队列的特征（一个一个执行），符合同步执行特征（在当前线程执行，并且阻塞了当前线程）。

串行异步

/**
 串行队列,异步执行
 */
- (void)createSerialQueueWithAsync {
    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.neusoft", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(serialQueue, ^{
        NSLog(@"A==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(serialQueue, ^{
        NSLog(@"B==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(serialQueue, ^{
        NSLog(@"C==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"D==%@", [NSThread currentThread]);
}

串行异步打印结果如下


串行异步运行结果

从结果中可以看到，符合串行队列的特征（一个一个执行），符合异步执行特征（另开辟线程，且不阻塞当前线程）。

并行同步

/**
 并行队列,同步执行
 */
- (void)createConcurrentQueueWithSync {
    dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.neusoft", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    //    dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);//这个是全局并行队列,一般并行任务都会加到这里面去
    
    dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
        NSLog(@"A==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
        NSLog(@"B==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(conCurrentQueue, ^{
        NSLog(@"C==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"D==%@", [NSThread currentThread]);
}

并行同步打印结果如下


并行同步运行结果

从结果可以看出，符合同步特征（在当前线程，且阻塞当前线程），但是并不清楚是否符合并行队列的特征，并行队列的效果需要异步执行才能看出来，并行同步整体的效果和串行同步相同。

并行异步

/**
 并行队列,异步执行
 */
- (void)createConcurrentQueueWithAsync {
    dispatch_queue_t conCurrentQueue = dispatch_queue_create("com.neusoft", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
        NSLog(@"A==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
        NSLog(@"B==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(conCurrentQueue, ^{
        NSLog(@"C==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"D==%@", [NSThread currentThread]);
}

并行异步打印结果如下


并行异步运行结果

从结果中可以看出，符合并行队列特征（可以并发执行线程任务），符合异步执行特征（另开辟线程，且不阻塞当前线程）。

//全局并发队列
dispatch_get_global_queue
//主线程--串行队列
dispatch_get_main_queue()

这两个队列在系统刚启动时就创建好的队列，一般不建议使用全局并发队列，因为在全局并发队列中也会执行系统的任务，对于调试和业务剥离等造成影响。

死锁

死锁总结一句话：串行队列(当然也包括主队列)中向该队列添加同步任务，必定导致死锁。

两个死锁案例帮助理解这句话，
例 1：

- (void)test1 {
    //1,5,2，造成死锁，
    //1，5，2，async是异步，所以会开辟线程，当然开辟线程需要耗时，所以5在先，2在后
    //为什么会造成死锁？因为队列中加入任务的顺序是2、4、3，按照队列的FIFO原则，理应4执行完再执行3，但执行完2遇到了sync同步函数，需要阻塞线程，4需要等待3执行完再执行，造成了互相等待即死锁。
    NSLog(@"1==%@", [NSThread currentThread]);
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2==%@", [NSThread currentThread]);
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"3==%@", [NSThread currentThread]);
        });
        NSLog(@"4==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5==%@", [NSThread currentThread]);
}

输出结果是 1、5、2，然后发生死锁崩溃，执行过程如下

  1. 主队列按顺序先执行 test 代码块简称 A，由于dispatch_async(queue是异步串行的另一个队列，不阻塞当前队列，所以这里先执行了 A 的 1 和 5。
  2. 来到dispatch_async(queue代码块，另起了新的线程处理队列 queue，已知 queue 里面是(2、dispatch_sync(queue、4)代码块简称 B。
  3. 执行 B 的 2
  4. 执行dispatch_sync(queue时发现这是同步函数，需要阻塞队列 queue，在当前线程执行dispatch_sync(queue代码块，但这个代码块的要在 queue 中执行，而 queue 已经被阻塞了，造成了互相等待，导致死锁。

例 2：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"deadlock");
    });
}

同步对于任务是立即执行的，当把任务放进主队列时，它会立即执行，只有执行完这个任务，viewDidLoad才会继续执行。
而viewDidLoad和任务都在主队列上，根据队列的先入先出原则，需要先执行完viewDidLoad再执行任务，造成了互相等待，导致死锁。

栅栏函数barrier

一、概念
在dispatch_barrier_async加入到自定义的并行队列(不能是全局global队列)时,程序会先执行队列中barrier之前的任务,再执行barrier的任务,最后再执行队列中barrier之后的任务。

二、实例
直接上代码
实例一、应用了dispatch_barrier_async的队列中，线程的执行顺序。

- (void)createBarrierAsync {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("liufeng", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    NSLog(@"start==%@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"A==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"B==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"barrier_async==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"C==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"D==%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"end==%@", [NSThread currentThread]);
}

控制台打印效果如下


栅栏函数的打印结果

从打印结果我们可以看到，程序会先执行队列中barrier之前的任务,再执行barrier的任务,最后再执行队列中barrier之后的任务。

实例二、从网络加载图片，并给图片加上水印后显示到屏幕上

- (void)testPic {
    dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.waterImage", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_async(concurrentQueue, ^{
        NSString *logoStr = @"https://ss0.bdstatic.com/70cFuHSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=3351002169,4211425181&fm=27&gp=0.jpg";
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:logoStr]];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
        [self.mArray addObject:image];
    });
    
    dispatch_async(concurrentQueue, ^{
        NSString *logoStr = @"https://ss2.bdstatic.com/70cFvnSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=3033952616,135704646&fm=27&gp=0.jpg";
        NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:[NSURL URLWithString:logoStr]];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
        [self.mArray addObject:image];
    });
    
    __block UIImage *newImage = nil;
    dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{
        
        for (int i = 0; i<self.mArray.count; i++) {
            UIImage *waterImage = self.mArray[i];
            newImage = [LFPrintImageTool printText:@"小姑娘还不睡呀？" onImage:waterImage];
        }
    });
    
    
    dispatch_async(concurrentQueue, ^{
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.imageView.image = newImage;
        });
    });
}

模拟器显示如图所示


栅栏函数应用在图片加水印

这个从结果看不出来什么，主要看代码，我们程序的步骤是这样的，先将图片从网络获取下来，才能给它加水印，最后显示到屏幕上，栅栏函数相当于阻塞了当前线程。

注意：栅栏函数必须是自定义的并发队列才有效，且必须是同一队列中的线程才有效。

调度组

一、概念
在调度组内的线程都执行完毕后，dispatch_notify函数会触发回调。

二、实例
应用场景：
一个业务需要开启N个异步线程，但是后续操作，需要依赖N个线程返回的数据完成操作。
直接上代码
实例一

- (void)createGroupQueue {
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"A---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"B---%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"C---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"队列组任务执行完毕");
    });
}

调度组执行结果如下

调度组执行结果

从结果中可以看出，符合预期，调度组内的线程都执行完毕后，dispatch_notify函数会触发回调。

实例二

- (void)test2 {
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"A---%@", [NSThread currentThread]);
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"B---%@", [NSThread currentThread]);
        }
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"C---%@", [NSThread currentThread]);
        dispatch_group_leave(group);
    });
    
    dispatch_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"队列组任务执行完毕");
    });
}

上面这个实例是以进组出组的方式实现调度。
dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_leave(group);
进组出组的方式类似于信号量，内部有一个signal，enter加1，leave减1，它们总是成对出现，当signal为0时，表示调度组里面的任务都执行完了。

信号量

一、作用
可以控制并发队列的最大并发数，当创建的信号量限制为1时，可以达到锁的效果。

二、概念
信号量,一般用来线程并发数量，信号量为几，线程最大并发数就是几
//创建信号量，参数：信号量的初值，当信号量小于0时阻塞当前线程
dispatch_semaphore_create（信号量值）

//等待降低信号量
dispatch_semaphore_wait（信号量，等待时间）

//提高信号量
dispatch_semaphore_signal(信号量)

三、实例

- (void)createSemaphoreQueue {
    //create的value表示，最多几个资源可访问
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(2);
    dispatch_queue_t quene = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    //任务1
    dispatch_async(quene, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"run task 1");
        sleep(1);
        NSLog(@"complete task 1");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    //任务2
    dispatch_async(quene, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"run task 2");
        sleep(1);
        NSLog(@"complete task 2");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    //任务3
    dispatch_async(quene, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"run task 3");
        sleep(1);
        NSLog(@"complete task 3");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
}

控制台打印效果如下


信号量测试.png

再次执行效果如下


信号量测试

可以看到，始终都是task1和task2先执行完，信号量经过dispatch_semaphore_signal增加以后，task3才能执行，结论就是不论并发队列中有多少任务等待执行，同一时间只允许两个任务执行。

总结

以上就是GCD的基本使用，在很多大型的底层框架中，很多使用的都是NSOperation，因为NSOperation更加灵活，开发者可以更好的监控线程的生命周期以及做处理。

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