iOS开发中不免你会遇到多线程开发,我们都知道多线程的实现方式一般有NSThread、NSOperation以及GCD。我们一般都会选择GCD。今天,我们就来聊一下GCD。
1.什么是GCD,GCD有什么好处。
Grand Central Dispatch(GCD)是Apple开发的一种多核心编程的解决方法。它是一个在线程池模式的基础上执行的并发任务。可用于多核心的并行运算,会自动利用更多的CPU内核,会自动管理线程的生命周期(创建线程、调度任务、销毁线程)。
2.GCD任务和队列
GCD有两个核心概念:任务和队列
任务:就是执行操作的意思。在GCD中我们通常把需要执行的代码放在block中。执行任务有两种方式:同步执行(sync)和异步执行(async)。两者区别:是否等待对列的任务执行结束,以及是否具备开启新线程的能力。
同步执行(sync):同步添加任务到指定的队列中,在添加任务执行结束之前,会一直等待,直到队列中任务完成之后再继续执行。只能在当前线程中执行任务,不具备开启线程的能力。
异步执行(async):异步添加任务到指定队列,不会做任何等待,可以继续执行任务。可以在新的线程中执行任务,具备开启新线程的能力。
队列:这里的队列指执行任务的等待队列,即用来存放任务的队列,队列是一种特殊的线性表,先进先出。即新任务总是被插入到队列的末尾,二读取任务的时候总是从头部开始。每读取一个任务,就释放一个任务。GCD中有两种队列:串行队列和并行队列。
串行队列:每次只有一个任务被执行。让任务一个接着一个执行。(只开启一个线程,一个任务执行完毕后,再执行下一个任务)
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)
3.GCD的使用
使用其实很简单:
1.创建一个队列
2.将任务追加到任务的等待队列中,然后系统就会根据任务类型执行任务。
3.1队列的创建方法/获取方法
可以使用dispatch_queue_create来创建队列,需要传入两个参数,第一个参数表示队列的唯一标识符,用于 DEBUG,可为空,Dispatch Queue 的名称推荐使用应用程序 ID 这种逆序全程域名;第二个参数用来识别是串行队列还是并发队列。DISPATCH_QUEUE_SERIAL 表示串行队列,DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 表示并发队列。
// 串行队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.zexue.testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 并发队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.zexue.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
对于串行队列,GCD 提供了的一种特殊的串行队列:主队列(Main Dispatch Queue)。
所有放在主队列中的任务,都会放到主线程中执行。
可使用dispatch_get_main_queue()获得主队列。
// 主队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
对于并发队列,GCD 默认提供了全局并发队列(Global Dispatch Queue)。
可以使用dispatch_get_global_queue来获取。需要传入两个参数。第一个参数表示队列优先级,一般用DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT。第二个参数暂时没用,用0即可。
// 全局并发队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
3.2创建任务
GCD 提供了同步执行任务的创建方法dispatch_sync和异步执行任务创建方法dispatch_async。
// 同步执行任务创建方法
dispatch_sync(queue, ^{
// 这里放同步执行任务代码
});
// 异步执行任务创建方法
dispatch_async(queue, ^{
// 这里放异步执行任务代码
});
因为有两种队列(串行队列/并发队列),两种任务执行方式(同步执行/异步执行)于是就有了四种组合方式:
1.同步执行 + 并发队列
2.异步执行 + 并发队列
3.同步执行 + 串行队列
4.异步执行 + 串行队列
由于主队列有点特殊,于是又多了两种组合方式:
5.同步执行 + 主队列
6.异步执行 + 主队列
这些组合的区别:
同步(sync)
并发队列:没有开启新线程,串行执行任务
串行队列:没有开启新线程,串行执行任务
主队列:没有开启新线程,串行执行任务
异步(async)
并发队列:有开启新线程,并发执行任务
串行队列:有开启新线程(1条),串行执行任务
主队列:没有开启新线程,串行执行任务
在 iOS 开发过程中,我们一般在主线程里边进行 UI 刷新,例如:点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程,比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时,需要回到主线程,那么就用到了线程之间的通讯。
/**
* 线程间通信
*/
- (void)communication {
// 获取全局并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// 获取主队列
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(queue, ^{
// 异步追加任务
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
// 回到主线程
dispatch_async(mainQueue, ^{
// 追加在主线程中执行的任务
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
});
});
}
可以看到在其他线程中先执行任务,执行完了之后回到主线程执行主线程的相应操作。
4.GCD的进阶使用方法
4.1栅栏方法:dispatch_barrier_async
我们有时需要异步执行两组操作,而且第一组操作执行完之后,才能开始执行第二组操作。这样我们就需要一个相当于 栅栏 一样的一个方法将两组异步执行的操作组给分割起来,当然这里的操作组里可以包含一个或多个任务。这就需要用到dispatch_barrier_async方法在两个操作组间形成栅栏。
dispatch_barrier_async函数会等待前边追加到并发队列中的任务全部执行完毕之后,再将指定的任务追加到该异步队列中。然后在dispatch_barrier_async函数追加的任务执行完毕之后,异步队列才恢复为一般动作,接着追加任务到该异步队列并开始执行。
/**
* 栅栏方法 dispatch_barrier_async
*/
- (void)barrier {
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
// 追加任务1
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
});
dispatch_async(queue, ^{
// 追加任务2
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
});
dispatch_barrier_async(queue, ^{
// 追加任务 barrier
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"barrier---%@",[NSThread currentThread]);// 打印当前线程
}
});
dispatch_async(queue, ^{
// 追加任务3
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
});
dispatch_async(queue, ^{
// 追加任务4
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"4---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
});
}
在执行完栅栏前面的操作之后,才执行栅栏操作,最后再执行栅栏后边的操作。
4.2延时执行方法:dispatch_after
我们经常会遇到这样的需求:在指定时间(例如3秒)之后执行某个任务。可以用 GCD 的dispatch_after函数来实现。
需要注意的是:dispatch_after函数并不是在指定时间之后才开始执行处理,而是在指定时间之后将任务追加到主队列中。严格来说,这个时间并不是绝对准确的,但想要大致延迟执行任务,dispatch_after函数是很有效的。
/**
* 延时执行方法 dispatch_after
*/
- (void)after {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
NSLog(@"asyncMain---begin");
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
// 2.0秒后异步追加任务代码到主队列,并开始执行
NSLog(@"after---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
});
}
4.3一次性代码(只执行一次):dispatch_once
我们在创建单例、或者有整个程序运行过程中只执行一次的代码时,我们就用到了 GCD 的 dispatch_once 函数。使用
dispatch_once 函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次,并且即使在多线程的环境下,dispatch_once也可以保证线程安全。
/**
* 一次性代码(只执行一次)dispatch_once
*/
- (void)once {
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
// 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
});
}
4.4快速迭代方法:dispatch_apply
通常我们会用 for 循环遍历,但是 GCD 给我们提供了快速迭代的函数dispatch_apply。dispatch_apply按照指定的次数将指定的任务追加到指定的队列中,并等待全部队列执行结束。
我们可以利用异步队列同时遍历。比如说遍历 0~5 这6个数字,for 循环的做法是每次取出一个元素,逐个遍历。dispatch_apply可以同时遍历多个数字。
/**
* 快速迭代方法 dispatch_apply
*/
- (void)apply {
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"apply---begin");
dispatch_apply(6, queue, ^(size_t index) {
NSLog(@"%zd---%@",index, [NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"apply---end");
}
因为是在并发队列中异步队执行任务,所以各个任务的执行时间长短不定,最后结束顺序也不定。但是apply---end一定在最后执行。这是因为dispatch_apply函数会等待全部任务执行完毕。
4.5队列组:dispatch_group
有时候我们会有这样的需求:分别异步执行2个耗时任务,然后当2个耗时任务都执行完毕后再回到主线程执行任务。这时候我们可以用到 GCD 的队列组。
调用队列组的 dispatch_group_async 先把任务放到队列中,然后将队列放入队列组中。或者使用队列组的 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave 组合 来实现
dispatch_group_async。
调用队列组的 dispatch_group_notify 回到指定线程执行任务。或者使用 dispatch_group_wait 回到当前线程继续向下执行(会阻塞当前线程)。
/**
* 队列组 dispatch_group_notify
*/
- (void)groupNotify {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
NSLog(@"group---begin");
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
// 追加任务1
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
// 追加任务2
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
// 等前面的异步任务1、任务2都执行完毕后,回到主线程执行下边任务
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
NSLog(@"group---end");
});
// 等待上面的任务全部完成后,会往下继续执行(会阻塞当前线程)
// dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
}
dispatch_group_enter、dispatch_group_leave组合,其实等同于dispatch_group_async。
/**
* 队列组 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave
*/
- (void)groupEnterAndLeave
{
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
NSLog(@"group---begin");
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, ^{
// 追加任务1
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
dispatch_group_leave(group);
});
dispatch_group_enter(group);
dispatch_async(queue, ^{
// 追加任务2
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
dispatch_group_leave(group);
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
// 等前面的异步操作都执行完毕后,回到主线程.
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
NSLog(@"group---end");
});
// // 等待上面的任务全部完成后,会往下继续执行(会阻塞当前线程)
// dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
//
// NSLog(@"group---end");
}
这些就是GCD的大致用法,还有个semaphore 下回会专门说明。
参考:Objective-C 高级编程 iOS 与 OS X 多线程和内存管理