多線程：GCD

来源:http://www.cnblogs.com/lurenq/archive/2017/06/13/7000297.html
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多線程是程式開發中非常基礎的一個概念，大家在開發過程中應該或多或少用過相關的東西。同時這恰恰又是一個比較棘手的概念，一切跟多線程掛鉤的東西都會變得複雜。如果使用過程中對多線程不夠熟悉，很可能會埋下一些難以預料的坑。 iOS中的多線程技術主要有NSThread, GCD和NSOperation。他們的 ...


多線程是程式開發中非常基礎的一個概念，大家在開發過程中應該或多或少用過相關的東西。同時這恰恰又是一個比較棘手的概念，一切跟多線程掛鉤的東西都會變得複雜。如果使用過程中對多線程不夠熟悉，很可能會埋下一些難以預料的坑。

iOS中的多線程技術主要有NSThread, GCD和NSOperation。他們的封裝層次依次遞增，其中：

  • NSThread封裝性最差，最偏向於底層，主要基於thread使用

  • GCD是基於C的API，直接使用比較方便，主要基於task使用

  • NSOperation是基於GCD封裝的NSObject對象，對於複雜的多線程項目使用比較方便，主要基於隊列使用

上篇文章介紹了NSThread的用法，NSThread已經屬於古董級別的東西了，欣賞一下可以，真正使用就不要麻煩他了。GCD是多線程中的新貴，比起NSThread更加強大，也更容易使用。由於GCD的東西比較多，我會分好幾篇文章介紹，這篇文章主要介紹GCD中的queue相關知識。

dispatch_queue_t

使用GCD之後，你可以不用再浪費精力去關註線程，GCD會幫你管理好一切。你只需要想清楚任務的執行方法（同步還是非同步）和隊列的運行方式（串列還是並行）即可。

任務是一個比較抽象的概念，表示一段用來執行的代碼，他對應到代碼里就是一個block或者一個函數。

隊列分為串列隊列和並行隊列：

  • 串列隊列一次只能執行一個任務。只有一個任務執行完成之後，下一個任務才能執行，主線程就是一個串列的隊列。

687474703a2f2f63646e342e72617977656e6465726c6963682e636f6d2f77702d636f6e74656e742f75706c6f6164732f323031342f30312f53657269616c2d51756575652d343830783237322e706e67.png

  • 並行隊列可以同時執行多個任務，系統會維護一個線程池來保證並行隊列的執行。線程池會根據當前任務量自行安排線程的數量，以確保任務儘快執行。

687474703a2f2f63646e332e72617977656e6465726c6963682e636f6d2f77702d636f6e74656e742f75706c6f6164732f323031342f30312f436f6e63757272656e742d51756575652d343830783237322e706e67.png

隊列對應到代碼里是一個dispatch_queue_t對象:

1 dispatch_queue_t queue;

對象就有記憶體。跟普通OC對象類似，我們可以用dispatch_retain()和dispatch_release()對其進行記憶體管理，當一個任務加入到一個queue中的時候，任務會retain這個queue，直到任務執行完成才會release。

值得高興的是，iOS6之後，dispatch對象已經支持ARC，所以在ARC工程之下，我們可以不用擔心他的記憶體，想怎麼玩就怎麼玩。

要申明一個dispatch的屬性。一般情況下我們只需要用strong即可。

1 @property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t queue;

如果你是寫一個framework，framework的使用者的SDK有可能還是古董級的iOS6之前。那麼你需要根據OS_OBJECT_USE_OBJC做一個判斷是使用strong還是assign。（一般github上的優秀第三方庫都會這麼做）

1 2 3 4 5 #if OS_OBJECT_USE_OBJC @property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t queue; #else @property (nonatomic, assign) dispatch_queue_t queue; #endif

async

GCD中有2個非同步的API

1 2 void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_async_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);

他們都是將一個任務提交到queue中，提交之後立即返回，不等待任務的的執行。提交之後，系統會對queue做retain操作，任務執行完成之後，queue再被release。兩個函數實際的功能是一樣的，唯一的區別在於dispatch_async接受block作為參數，dispatch_async_f接受函數。

使用dispatch_async的時候block會被copy，在block執行完成之後block再release，由於是系統持有block，所以不用擔心迴圈引用的問題，block裡面的self不需要weak

在dispatch_async_f中，context會作為第一個參數傳給work函數。如果work不需要參數，context可以傳入NULL。work參數不能傳入NULL，否則可能發生無法預料的事兒

非同步是一個比較抽象的概念，簡單的說就是將任務加入到隊列中之後，立即返回，不需要等待任務的執行。語言的描述比較抽象，我們用代碼加深一下對概念的理解

1 2 3 4 5 6 NSLog(@"this is main queue, i want to throw a task to global queue"); dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_queue_create("com.liancheng.global_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_async(globalQueue, ^{     // task }); NSLog(@"this is main queue, throw task completed");

上面這段代碼，會以這樣的方式運行，紅色表示正在執行的模塊，灰色表示未執行或者已經執行完成的模塊。

QQ截圖20160225094359.png

  1. 先在main queue中執行第一個nslog

  2. dispatch_async會將block提交到globalQueue中，提交成功之後立即返回

  3. main queue執行第二個nslog

  4. 等global queue中block前面的任務執行完成之後，block被執行。

sync

與非同步相似，GCD中同步的API也是2個

1 2 void dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_sync_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);

2個API作用相同：將任務提交到queue中，任務加入queue之後不會立即返回，等待任務執行完成之後再返回。同sync類似，dispatch_sync與dispatch_sync_f唯一的區別在於dispatch_sync接收block作為參數，block被系統持有，不需要對self使用weak。dispatch_sync_f接受函數work作為參數，context作為傳給work函數的第一個參數。同樣，work參數也不能傳入NULL，否則會發生無法預料的事兒

同步表示任務加入到隊列中之後不會立即返回，等待任務完成再返回。語言的描述比較抽象，我們再次用代碼加深一下對概念的理解

1 2 3 4 5 6 NSLog(@"this is main queue, i want to throw a task to global queue"); dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_queue_create("com.liancheng.global_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_sync(globalQueue, ^{     // task }); NSLog(@"this is main queue, throw task completed");

我們來看看代碼的運行方式：

sync.gif

  1. 先在main queue中執行第一個nslog

  2. dispatch_sync會將block提交到global queue中，等待block的執行

  3. global queue中block前面的任務執行完成之後，block執行

  4. block執行完成之後，dispatch_sync返回

  5. dispatch_sync之後的代碼執行

由於dispatch_sync需要等待block被執行，這就非常容易發生死鎖。如果一個串列隊列，使用dispatch_sync提交block到自己隊列中，就會發生死鎖

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.liancheng.serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);   dispatch_async(queue, ^{     // 到達串列隊列           dispatch_sync(queue, ^{     //發生死鎖           }); });

dispatch_sync的代碼執行如圖所示

QQ截圖20160225094631.png

dispatch_sync需要等待block執行完成，同時由於隊列串列，block的執行需要等待前面的任務，也就是dispatch_sync執行完成。兩者互相等待，永遠也不會執行完成，死鎖就這樣發生了

從這裡看發生死鎖需要2個條件：

  1. 代碼運行的當前隊列是串列隊列

  2. 使用sync將任務加入到自己隊列中

如果queue是並行隊列，或者將任務加入到其他隊列中，這是不會發生死鎖的。

獲取隊列

獲取主線程隊列

主線程是我們最常用的線程，GCD提供了非常簡單的獲取主線程隊列的方法。

1 dispatch_queue_t dispatch_get_main_queue(void)

方法不需要傳入參數，直接返回主線程隊列。
假設我們要在主線程更新UI：

1 2 3 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{     [self updateUI]; });

執行加入到主線程隊列的block，App會調用dispatch_main(), NSApplicationMain()，或者在主線程使用CFRunLoop。

獲取全局隊列

除了主線程隊列，GCD提供了幾個全局隊列，可以直接獲取使用

1 dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long identifier, unsigned long flags);

dispatch_get_global_queue方法獲取的全局隊列都是並行隊列，並且隊列不能被修改，也就是說對全局隊列調用dispatch_suspend(), dispatch_resume(), dispatch_set_context()等方法無效

  • identifier: 用以標識隊列優先順序，推薦用qos_class枚舉作為參數，也可以使用dispatch_queue_priority_t

  • flags: 預留欄位，傳入任何非0的值都可能導致返回NULL

可以看到dispatch_get_global_queue根據identifier參數返回相應的全局隊列。identifier推薦使用qos_class枚舉

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 __QOS_ENUM(qos_class, unsigned int,     QOS_CLASS_USER_INTERACTIVE             __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x21,     QOS_CLASS_USER_INITIATED             __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x19,     QOS_CLASS_DEFAULT             __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x15,     QOS_CLASS_UTILITY             __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x11,     QOS_CLASS_BACKGROUND             __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x09,     QOS_CLASS_UNSPECIFIED             __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x00, );

這個枚舉與NSThread中的NSQualityOfService類似

  • QOS_CLASS_USER_INTERACTIVE: 最高優先順序，交互級別。使用這個優先順序會占用幾乎所有的系統CUP和I/O帶寬，僅限用於交互的UI操作，比如處理點擊事件，繪製圖像到屏幕上，動畫等

  • QOS_CLASS_USER_INITIATED: 次高優先順序，用於執行類似初始化等需要立即返回的事件

  • QOS_CLASS_DEFAULT: 預設優先順序，當沒有設置優先順序的時候，線程預設優先順序。一般情況下用的都是這個優先順序

  • QOS_CLASS_UTILITY: 普通優先順序，主要用於不需要立即返回的任務

  • QOS_CLASS_BACKGROUND: 後臺優先順序，用於用戶幾乎不感知的任務。

  • QOS_CLASS_UNSPECIFIED: 未知優先順序，表示服務質量信息缺失

identifier除了使用qos_class枚舉，也可以用dispatch_queue_priority_t作為參數。

 

1 2 3 4 5 6 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN   typedef long dispatch_queue_priority_t;

INT16_MINtypedef long dispatch_queue_priority_t;

dispatch_queue_priority_t對應到qos_class枚舉有：

1 2 3 4 - DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH:         QOS_CLASS_USER_INITIATED - DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT:      QOS_CLASS_DEFAULT - DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW:          QOS_CLASS_UTILITY - DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND:   QOS_CLASS_BACKGROUND

很多時候我們喜歡將0或者NULL傳入作為參數

1 dispatch_get_global_queue(NULL, NULL)

由於NULL等於0，也就是DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT，所以返回的是預設優先順序

創建隊列

當無法獲取到理想的隊列時，我們可以自己創建隊列。

1 dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr);

如果未使用ARC，dispatch_queue_create創建的queue在使用結束之後需要調用dispatch_release。

  • label: 隊列的名稱，調試的時候可以區分其他的隊列

  • attr: 隊列的屬性，dispatch_queue_attr_t類型。用以標識隊列串列，並行，以及優先順序等信息

attr參數有三種傳值方式：

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 // 串列 #define DISPATCH_QUEUE_SERIAL NULL   // 並行 #define DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT \         DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_attr_t, \         _dispatch_queue_attr_concurrent)           // 自定義屬性值 dispatch_queue_attr_t dispatch_queue_attr_make_with_qos_class(dispatch_queue_attr_t attr, dispatch_qos_class_t qos_class, int relative_priority);

DISPATCH_QUEUE_SERIAL或者NULL，表示創建串列隊列，優先順序為目標隊列優先順序。DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT表示創建並行隊列，優先順序也為目標隊列優先順序。

dispatch_queue_attr_make_with_qos_class函數可以創建帶有優先順序的dispatch_queue_attr_t對象。通過這個對象可以自定義queue的優先順序。

  • attr: 傳入DISPATCH_QUEUE_SERIAL、NULL或者DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT，表示串列或者並行

  • qos_class: 傳入qos_class枚舉，表示優先順序級別

  • relative_priority: 相對於qos_class的相對優先順序，qos_class用於區分大的優先順序級別，relative_priority表示大級別下的小級別。relative_priority必須大於QOS_MIN_RELATIVE_PRIORITY小於0，否則將返回NULL。從GCD源碼中可以查到QOS_MIN_RELATIVE_PRIORITY等於-15

使用dispatch_queue_attr_make_with_qos_class創建隊列時，需要註意，非法的參數可能導致dispatch_queue_attr_make_with_qos_class返回NULL，dispatch_queue_create傳入NULL會創建出串列隊列。寫代碼過程中需要確保這是否是預期的結果

設置目標隊列（2.25日更新，感謝@楊蕭玉HIT 指出問題，原文章有誤給大家致歉）

除了通過dispatch_queue_attr_make_with_qos_class設置隊列的優先順序之外，也可以使用設置目標隊列的方法，設置隊列的優先順序。當隊列創建時未設置優先順序，隊列將繼承目標隊列的優先順序。（不過一般情況下還是推薦使用dispatch_queue_attr_make_with_qos_class設置隊列的優先順序）

1 void dispatch_set_target_queue(dispatch_object_t object, dispatch_queue_t queue);

調用dispatch_set_target_queue會retain新目標隊列queue，release原有目標隊列。設置目標隊列之後，block將會在目標隊列中執行。註意：當目標隊列串列時，任何在目標隊列中執行的block都會串列執行，無論原隊列是否串列。

假設有隊列A、B是並行隊列，C為串列隊列。A,B的目標隊列均設置為C，那麼A、B、C中的block在設置目標隊列之後最終都會串列執行。

499.png

例：隊列1並行，隊列2串列

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.company.queue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.company.queue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);   dispatch_async(queue1, ^{    // block1     for (int i = 0; i < 5; i ++) {         NSLog(@"+++++");     } }); dispatch_async(queue1, ^{ // block2     for (int i = 0; i < 5; i ++) {         NSLog(@"=====");     } }); dispatch_async(queue2, ^{    // block3     for (int i = 0; i < 5; i ++) {         NSLog(@"----");     } });

運行一下可知block1,block2,block3並行執行

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2016-02-25 15:05:20.024 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.024 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.024 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] =====

如果將隊列1的目標隊列設置為隊列2，會發生什麼情況呢？

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.company.queue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.company.queue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);   dispatch_set_target_queue(queue1, queue2);   dispatch_async(queue1, ^{     for (int i = 0; i < 5; i ++) {         NSLog(@"+++++");     } }); dispatch_async(queue1, ^{     for (int i = 0; i < 5; i ++) {         NSLog(@"=====");     } }); dispatch_async(queue2, ^{     for (int i = 0; i < 5; i ++) {         NSLog(@"----");     } });

block1，block2，block3變為了串列

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.217 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.217 TGCD[1974:100675] ----

註意不要迴圈設置目標隊列，如A的目標隊列為B，B的目標隊列為A。這將會導致無法預知的錯誤

延時

GCD中有2個延時的API

1 2 dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_after_f(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);

一定時間之後將block加入到queue中。when用於表示時間，如果傳入DISPATCH_TIME_NOW會等同於dispatch_async。另外不允許傳入DISPATCH_TIME_FOREVER，這會永遠阻塞線程。

通前面其他方法類似。dispatch_after接收block作為參數，系統持有block，block中self不需要weak。dispatch_after_f接收work函數作為參數，context作為work函數的第一個參數

需要註意的是這裡的延時是不精確的，因為加入隊列不一定會立即執行。延時1s可能會1.5s甚至2s之後才會執行。

dispatch_barrier

在並行隊列中，有的時候我們需要讓某個任務單獨執行，也就是他執行的時候不允許其他任務執行。這時候dispatch_barrier就派上了用場。

使用dispatch_barrier將任務加入到並行隊列之後，任務會在前面任務全部執行完成之後執行，任務執行過程中，其他任務無法執行，直到barrier任務執行完成

QQ截圖20160225095506.png

dispatch_barrier在GCD中有4個API

1 2 3 4 void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_barrier_async_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work); void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_barrier_sync_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);

如果API在串列隊列中調用，將等同於dispatch_async、dispatch_async_f、dispatch_sync、dispatch_sync_f，不會有任何影響。

dispatch_barrier最典型的使用場景是讀寫問題，NSMutableDictionary在多個線程中如果同時寫入，或者一個線程寫入一個線程讀取，會發生無法預料的錯誤。但是他可以在多個線程中同時讀取。如果多個線程同時使用同一個NSMutableDictionary。怎樣才能保護NSMutableDictionary不發生意外呢？

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 - (void)setObject:(id)anObject forKey:(id )aKey {     dispatch_barrier_async(self.concurrentQueue, ^{         [self.mutableDictionary setObject:anObject forKey:aKey];     }); }   - (id)objectForKey:(id)aKey {     __block id object = nil;    dispatch_sync(self.concurrentQueue, ^{         object = [self.mutableDictionary objectForKey:aKey];     });    return  object; }

當NSMutableDictionary寫入的時候，我們使用dispatch_barrier_async，讓其單獨執行寫入操作，不允許其他寫入操作或者讀取操作同時執行。當讀取的時候，我們只需要直接使用dispatch_sync，讓其正常讀取即可。這樣就可以保證寫入時不被打擾，讀取時可以多個線程同時進行

set_specific & get_specific

有時候我們需要將某些東西關聯到隊列上，比如我們想在某個隊列上存一個東西，或者我們想區分2個隊列。GCD提供了dispatch_queue_set_specific方法，通過key，將context關聯到queue上

1 void dispatch_queue_set_specific(dispatch_queue_t queue, const void *key, void *context, dispatch_function_t destructor);

  • queue：需要關聯的queue，不允許傳入NULL

  • key：唯一的關鍵字

  • context：要關聯的內容，可以為NULL

  • destructor：釋放context的函數，當新的context被設置時，destructor會被調用

有存就有取，將context關聯到queue上之後，可以通過dispatch_queue_get_specific或者dispatch_get_specific方法將值取出來。

1 2 void *dispatch_queue_get_specific(dispatch_queue_t queue, const void *key); void *dispatch_get_specific(const void *key);

  • dispatch_queue_get_specific: 根據queue和key取出context，queue參數不能傳入全局隊列

  • dispatch_get_specific: 根據唯一的key取出當前queue的context。如果當前queue沒有key對應的context，則去queue的target queue取，取不著返回NULL，如果對全局隊列取，也會返回NULL

iOS 6之後dispatch_get_current_queue()被廢棄（廢棄的原因這裡不多解釋，如果想瞭解可以看這裡），如果我們需要區分不同的queue，可以使用set_specific方法。根據對應的key是否有值來區分

 原文鏈接:http://www.cocoachina.com/ios/20160225/15422.html


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