iOS多线程——GCD篇

什么是GCD

GCD是苹果对多线程编程做的一套新的抽象基于C语言层的API，结合Block简化了多线程的操作，使得我们对线程操作能够更加的安全高效。

在GCD出现之前Cocoa框架提供了NSObject类的

performSelectorInBackground:withObject

performSelectorOnMainThread

方法来简化多线程编程技术。

GCD可以解决以下多线程编程中经常出现的问题：
1.数据竞争（比如同时更新一个内存地址）

2.死锁（互相等待）

3.太多线程导致消耗大量内存

在iOS中，如果把需要消耗大量时间的操作放在主线程上面，会妨碍主线程中被称为RunLoop的主循环的执行，从而导致不能更新用户界面、应用程序的画面长时间停滞等问题。

Dispatch Queue

Dispatch Queue是GCD中对于任务的抽象队列（FIFO）执行处理。

queue分为两种，

SERIAL_DISPATCH_QUEUE 　　　　　　　　　　等待现在执行中处理结束

CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE　　　　　　　不等待现在执行中处理结束

换句话说也就是 SERIAL_DISPATCH_QUEUE 是串行，CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE是并行。

具体到线程上，就是SERIAL_DISPATCH_QUEUE只会创在一个线程来处理任务序列，而CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE则会创在多个线程，但是具体创建多少个则是有运行的操作系统根据资源决定的。

所以SERIAL_DISPATCH_QUEUE 中处理的代码是有序的，而CONCURRENT_DISPATCH_QUEUE中则是无序的，但是相对会更高效一点。

API

dispatch_queue_create

用于创建一个任务执行queue

参数列表

const char *label 　　queue的名称，作为该queue的唯一标示，改名会在Xcode和Instruments的调试器中直接作为DispatchQueue名称显示出来

dispatch_queue_attr_t 　　设定queue的类型，即ConcurrentQueue还是SerialQueue，NULL则默认为SerialQueue

返回值

dispatch_queue_t变量

这里要说一下main_dispatch_queue 和 global_dispatch_queue 这两种系统提供的，

main_queue通过

dispatch_get_main_queue()

global_queue通过

dispatch_get_global_queue()，global等级分为

HIGH、DEFAULT、LOW、BACKGROUND四种

dispatch_async

向指定的queue中添加block操作，异步的执行，屏蔽了多线程的实现细节，自动为我们生成线程执行。

dispatch_after

类似延迟函数，可以指定queue来进行延迟操作

    dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3ull * NSEC_PER_SEC);
    dispatch_after(time, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"等待3秒");
    });

dispatch_group_notify

对于监听queue的执行，当所有任务完成后可以进行回调操作

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"1");
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"2");
    });
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"3");
    });
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"finish");
    });

对于一系列的block在同一queue中执行，如果是serialQueue是顺序进行的，因此可以在最后一个任务来处理结束操作。但是对于concurrentQueue是并行的，如果想监听完结操作，就要用该方法。

dispatch_group_wait和notify差不多，只不过wait方法可以设置等待时间。如果时间到了还没有结束queue的所有操作，那么接下来还是会继续进行，不过还是可以设定为forever一直等待下去，这样就和notify起到一样的作用。

dispatch_barrier_async

该操作主要是为了防止资源竞争。在concurrentQueue中，所有block无序的按照所创建的线程数量同时进行。如果在concurrentQueue中有两个写入操作，而且他都是读取操作，这时两个写入操作间就会出现资源竞争，而读取操作则会读取脏数据。所以对于在concurrentQueue中不能够与其它操作并行的block就需要使用dispatch_barrier_async方法来防止资源竞争。

dispatch_sync

和dispatch_async不同，dispatch_sync用于线程之间的同步操作，比如说A线程要做一件事必须要放在B线程之后来进行，那么此时就需要用到dispatch_sync。

另外，不能够在某个执行线程中同步自己，这样会造成线程死锁，比如说

    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(queue1, ^{
        NSLog(@"main queue 中同步main queue操作");
    });
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.queue.www", NULL);
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"在新的serial queue中同步serial queue操作");
        });
    });

所以说使用serial queue的时候一定不要同步自己。

dispatch_apply

dispatch_apply函数是dispatch_sync和dispatch group的关联函数，是用指定的次数将指定的Block追加到指定的Dispatch Queue中，并等待全部处理执行结束，例如

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_apply(10, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%ld",index);
    });
    NSLog(@"apply finish");

2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035125] 4
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035244] 2
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035241] 1
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035259] 6
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035243] 0
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035257] 3
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035258] 5
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035260] 7
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035125] 8
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035244] 9
2015-08-02 09:38:18.296 Dispatch[7388:2035125] apply finish

实际上可以看出来，该函数让主线程和queue进行同步操作，并且等queue中所有线程执行完毕后才继续执行。

dispatch_semaphore

在进行数据处理时，dispatch_barrier_async可以避免这类问题，但是有时需要更加精细的操作。

比如要对数组添加10000个对象，用concurrentQueue添加。我们知道concurrentQueue会生成多个线程，很可能会出现多个线程一起对数组访问的情况，很容易出现问题。我们需要控制一次只让一个线程操作数组，如下：

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
    
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray new];
    for (int i =  0 ; i < 10000 ; i++)
    {
        dispatch_async(queue, ^{
            dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
            [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]];
            NSLog(@"add %d",i);
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    }

这里简单说一下信号量，也就是创建dispatch_semaphore的第二个参数。指定一个信号量，那么当信号量是大于0的时候所有线程都是可访问的。一旦有现成访问信号量会减1，如果信号量为0就会进入等待，知道dispatch_semaphore_signal函数调用来重新恢复信号量。所以基本上可以理解为有几个信号量就能有几个线程并发的访问。

再比如说现在有两个线程一个添加数据一个删除数据，那么就需要两个信号量变量来实现多线程间的协作

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_semaphore_t semaphoreAdd = dispatch_semaphore_create(1);
    dispatch_semaphore_t semaphoreRemove = dispatch_semaphore_create(0);
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray new];
    for (int i =  0 ; i < 2 ; i++)
    {
        dispatch_async(queue, ^{
            dispatch_semaphore_wait(semaphoreAdd, DISPATCH_TIME_FOREVER);
            [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]];
            NSLog(@"add %lu",[array count]);
            dispatch_semaphore_signal(semaphoreRemove);
        });
        dispatch_async(queue, ^{
            dispatch_semaphore_wait(semaphoreRemove, DISPATCH_TIME_FOREVER);
            [array removeObject:[NSNumber numberWithInt:i]];
            NSLog(@"add %lu",[array count]);
            dispatch_semaphore_signal(semaphoreAdd);
        });
    }

dispatch_once

dispatch_once用来标记一个操作，只执行一次，该方法一般在生产单例对象使用。如果不用dispatch_once创建单例是不安全的，需要进行加锁处理，但是dispatch_once可以很好地解决这一点。

+(instancetype)sharedInstance
{
    static CustomObject *obj;
    static dispatch_once_t once;
    dispatch_once(&once, ^{
        obj = [[CustomObject alloc] init];
    });
    return obj;
}

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