GCD简介
什么是GCD
- 全称是
Grand Central Dispatch - 纯C语言的,提供了非常多强大的函数.
GCD的优势
- 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.
GCD的核心
- 将任务添加到队列
-
任务: 执行什么操作 -
队列: 用来存放任务
GCD使用的两个步骤
- 创建任务 : 确定要做的事情
- GCD中的任务是使用BLOCK封装的.
- 将任务添加到队列中
- GCD会自动将队列中的任务取出,放到对应的线程中执行.
- 任务的取出遵循队列的FIFO原则 :
先进先出,后进后出.
队列.png
GCD的常用代码
GCD的核心
- 将任务添加到队列
-
任务: 执行什么操作 -
队列: 用来存放任务
队列和任务简介
队列
GCD的队列可以分为2大类型 :
-
串行队列（Serial Dispatch Queue）
- 让任务一个接着一个
有序的执行:不管队列里面放的是什么任务.一个任务执行完毕后,再执行下一个任务. - 同时只能调度一个任务执行.
- 让任务一个接着一个
-
并发队列（Concurrent Dispatch Queue）
- 可以让多个任务
并发/同时执行.自动开启多个线程同时执行多个任务. - 同时可以调度多个任务执行
- 并发队列的并发功能只有内部的任务是异步任务时,才有效.
- 可以让多个任务
任务
GCD中有2个用来执行任务的函数 :
同步的方式执行任务 : 在
当前线程中依次执行任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
* queue：队列
* block：任务
- 异步的方式执行任务 :
新开线程,在新线程中执行任务
dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
* queue：队列
* block：任务
串行队列和并发队列图解
串行队列
串行队列01.png
串行队列02.png
并发队列
并发队列01.png
并发队列02.png
队列和任务组合的总结
-
同步和异步决定了要不要开启新的线程 (同步不开,异步开)
- 同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
- 异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
-
串行和并发决定了任务的执行方式
- 串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务
- 并发：多个任务并发（同时）执行
-
当任务是异步的时候,队列决定了开启多少条线程
- 串行队列 : 只开一条
- 并发队列 : 可以开启多条
队列和任务组合的总结.png
代码演练
任务添加到队列分开写
/// 队列+任务
- (void)gcdDemo1
{
// 全局并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
// 任务
void (^task)() = ^ {
NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
};
// 同步任务
// dispatch_sync(queue, task);
// 异步任务 : 每次执行任务的线程不一定是一样的
dispatch_async(queue, task);
NSLog(@"end");
}
简写
- (void)gcdDemo2
{
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
});
}
线程间通信
/// 线程间通信
- (void)gcdDemo3
{
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
NSLog(@"下载中... %@",[NSThread currentThread]);
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"下载完成 %@",[NSThread currentThread]);
});
});
}
使用GCD修改异步下载网络图片的代码
- (void)downloadImage
{
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
// 获取网络图片地址
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://photocdn.sohu.com/20151209/mp47379110_1449633737507_2_th.png"];
// 获取网络图片二进制数据
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
// 获取图片对象
UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
// 图片下载完成之后,回到主线程更新UI
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// 设置图片视图
self.imageView.image = image;
// 图片视图自适应图片的大小
[self.imageView sizeToFit];
// 设置滚动视图
[self.scrollView setContentSize:image.size];
});
});
}
总结 : 与 NSThread 的对比
- 所有的代码写在一起的,让代码更加简单,易于阅读和维护
- NSThread 通过 @selector 指定要执行的方法,代码分散
- GCD 通过 block 指定要执行的代码,代码集中
- 使用 GCD 不需要管理线程的创建/销毁/复用的过程.程序员不用关心线程的生命周期
- 如果要开多个线程 NSThread 必须实例化多个线程对象
- NSThread 靠 NSObject 的分类方法实现的线程间通讯,GCD 靠 block
串行队列
特点
- 以先进先出的方式,顺序调度队列中的任务执行
- 无论队列中所指定的执行任务函数是同步还是异步,都会等待前一个任务执行完成后,再调度后面的任务
代码演练
队列创建
// 参数1 : 队列的标示符
// 参数2 : 队列的属性.决定了队列是串行的还是并行的.
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
串行队列+同步任务
#pragma mark - 串行队列+同步任务
/*
1. 没有开新线程
2. 循环是顺序打印
3. @"end"最后执行
*/
- (void)gcdDemo1
{
// 串行队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"%d %@",i,[NSThread currentThread]);
});
}
NSLog(@"end");
}
num04.png
串行队列+异步任务
#pragma mark - 串行队列+异步任务
/*
1. 开一条新线程 : 因为队列是顺序调度任务,前一个任务执行完成以后才能调度后面的任务,开一条新线程就够了
2. 循环是顺序打印
3. @"end"不是在最后执行
*/
- (void)gcdDemo2
{
// 串行队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"%d %@",i,[NSThread currentThread]);
});
}
NSLog(@"end");
}
num05.png
并发队列
特点
- 以先进先出的方式,并发调度队列中的任务执行
- 如果当前调度的任务是同步执行的,会等待任务执行完成后,再调度后续的任务
- 如果当前调度的任务是异步执行的,会调度多个线程同时执行多个任务.
代码演练
队列创建
// 参数1 : 队列的标示符
// 参数2 : 队列的属性.决定了队列是串行的还是并行的.
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
并发队列+同步任务
#pragma mark - 并发队列+同步任务
/*
1. 没有开新线程
2. 循环顺序打印
3. @"end"最后执行
*/
- (void)gcdDemo1
{
// 并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"%d %@",i,[NSThread currentThread]);
});
}
NSLog(@"end");
}
num06.png
并发队列+异步任务
#pragma mark - 并发队列+同步任务
/*
1. 开启多条新线程
2. 循环无序打印
3. @"end"不是最后执行
*/
- (void)gcdDemo2
{
// 并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"%d %@",i,[NSThread currentThread]);
});
}
NSLog(@"end");
}
num07.png
主队列
特点
- 专门用来在主线程上调度任务的队列.
- 不会开启新线程.
- 以先进先出的方式,在主线程空闲时才会调度队列中的任务在主线程执行.
- 如果当前主线程正在有任务执行,那么无论主队列中当前被添加了什么任务,都不会被调度.
主队列创建
- 主队列是负责在主线程调度任务的,会随着程序启动一起创建,只需要获取不用创建.
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
代码演练
主队列+异步任务
#pragma mark - 主队列+异步任务
/*
1. 执行顺序 : @"start"->@"end"->执行中...
2. 没有开启新线程
*/
- (void)gcdDemo1
{
// 主队列 : 程序一启动就创建好的,不需要创建
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
NSLog(@"start");
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"执行中...%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"end");
}
主队列+同步任务=死锁
#pragma mark - 主队列+同步任务=死锁
/*
1. 执行顺序 : @"start" 后面的任务被阻塞了
2. 同步任务和主线程相互等待,造成线程死锁
*/
- (void)gcdDemo2
{
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
NSLog(@"start");
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"执行中...%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"end");
}
死锁解决办法
#pragma mark - 死锁解决办法
// 主队列中的同步任务放进子线程中,不使其阻塞主线程
- (void)gcdDemo3
{
dispatch_async(dispatch_queue_create("ZJ", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT), ^{
NSLog(@"start");
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"执行中...%@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"end");
});
}
全局队列
全局队列 & 并发队列的区别
- 全局队列又叫全局并发队列.
- 是系统为了方便程序员开发提供的,其工作表现与
并发队列一致 - 全局队列
- 没有名称
- 无论 MRC & ARC 都不需要考虑释放
- 日常开发中,建议使用"全局队列"
- 并发队列
- 有名字,和
NSThread的name属性作用类似 - 如果在 MRC 开发时,需要使用
dispatch_release(q);释放相应的对象 - 开发第三方框架时,建议使用并发队列
- 有名字,和
代码演练
全局队列+异步任务
- 运行效果和并发队列一样
#pragma mark - 全局队列
// 执行效果跟并发队列一样的
- (void)gcdDemo
{
// 全局队列,跟主队列一样不需要创建
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
NSLog(@"%d %@",i,[NSThread currentThread]);
});
/*
dispatch_sync(queue, ^{
NSLog(@"%d %@",i,[NSThread currentThread]);
});
*/
}
NSLog(@"end");
}
参数
-
服务质量(队列对任务调度的优先级)/iOS 7.0 之前，是优先级
- iOS 8.0(新增，暂时不能用)
-
QOS_CLASS_USER_INTERACTIVE0x21, 用户交互(希望最快完成－不能用太耗时的操作) -
QOS_CLASS_USER_INITIATED0x19, 用户期望(希望快，也不能太耗时) -
QOS_CLASS_DEFAULT0x15, 默认(用来底层重置队列使用的，不是给程序员用的) -
QOS_CLASS_UTILITY0x11, 实用工具(专门用来处理耗时操作！) -
QOS_CLASS_BACKGROUND0x09, 后台 -
QOS_CLASS_UNSPECIFIED0x00, 未指定，可以和iOS 7.0 适配
-
- iOS 7.0
-
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH2 高优先级 -
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT0 默认优先级 -
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW(-2) 低优先级 -
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUNDINT16_MIN 后台优先级
-
- iOS 8.0(新增，暂时不能用)
为未来保留使用的，应该永远传入0
结论：如果要适配 iOS 7.0 & 8.0，使用以下代码：
dispatch_get_global_queue(0, 0);
同步任务的作用
使用场景
- 当多个任务之间有依赖关系时,可以将任务定义成同步的.
- 需求 : 登陆->付费->下载->通知用户
代码演练
建立依赖关系
- 使用
同步任务来建立任务之间的依赖关系
- (void)GCDDemo1
{
// 创建全局的并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
dispatch_sync(queue, ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"登陆 %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(queue, ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"付费 %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(queue, ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"下载 %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"通知用户 %@",[NSThread currentThread]);
});
}
- 问题 : 依赖关系虽然有了,但是耗时的网络操作都在主线程中执行的.需要优化.
依赖关系的优化
- 使同步任务在子线程中建立依赖关系
- (void)GCDDemo2
{
// 创建全局的并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
dispatch_async(queue, ^{
dispatch_sync(queue, ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"登陆 %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(queue, ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"付费 %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_sync(queue, ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"下载 %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"通知用户 %@",[NSThread currentThread]);
});
});
}
异步Barrier
使用场景
- 主要用于在多个异步操作完成之后,统一对非线程安全的对象进行操作
- 适合于大规模数据的 I/O (读写) 操作
代码演练
- 定义图片容器
/// 图片容器
@property (nonatomic,strong) NSMutableArray *imagesM;
- 懒加载(NSMutableArray是线程不安全的)
- (NSMutableArray *)imagesM
{
if (_imagesM==nil) {
_imagesM = [[NSMutableArray alloc] init];
}
return _imagesM;
}
- 循环下载
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
[self downloadImages:i];
}
}
/// 下载图片
- (void)downloadImages:(int)index
{
dispatch_async(dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT), ^{
// 获取文件
NSString *imageName = [NSString stringWithFormat:@"%02d.jpg",index+1];
NSString *fileName = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:imageName ofType:nil];
// 获取图片
UIImage *image = [UIImage imageWithContentsOfFile:fileName];
// 模拟下载图片的延时
[NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
// 添加图片到容器:可变数组是线程不安全的类,多个线程同时操作数组的读写,会出错
[self.imagesM addObject:image];
NSLog(@"图片下载完成 %zd",self.imagesM.count);
});
}
- 由于NSMutableArray是非线程安全的,如果出现两个线程在同一时间向数组中添加对象，会出现程序崩溃的情况
- 解决办法:添加Barrier
dispatch_barrier_async(_queue, ^{
// 在同一个线程中,循环有序的添加image
[self.imagesM addObject:image];
NSLog(@"图片下载完成 %zd %@",self.imagesM.count,[NSThread currentThread]);
});
- 使用 (dispatch_barrier_async)添加的block会在之前添加的block全部运行结束之后,才在同一个线程顺序执行,从而保证对非线程安全的对象进行正确的操作
- 注意：(dispatch_barrier_async)必须使用自定义队列,否则执行效果和全局队列一致
一次性执行(once)
-
dispatch_once_t内部有一把锁,是能够保证线程安全.而且是苹果公司推荐使用的. - 在开发中,有些代码只想就只执行一次.典型的应用场景就是
设计单例模式.
验证一次性执行的可靠性
- (void)onceDemo1
{
NSLog(@"mark");
static dispatch_once_t onceToken;
NSLog(@"返回值 %ld",onceToken);
dispatch_once(&onceToken, ^{
NSLog(@"hello");
});
}
-
原理 :
onceToken有个初始值,当第一次执行时,判断是否是初始值,如果是初始值就执行函数内部的代码,执行结束之前会修改onceToken初始值.反之,就不执行.
异步并发任务中验证执行一次代码的安全性
- (void)onceDemo2
{
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
// 多线程环境下测试安全性
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
NSLog(@"%d",i);
dispatch_async(queue, ^{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
NSLog(@"hello");
});
});
}
}
设计单例模式
单例模式的特点
- 有一个能够方便外界调用的类方法,用来实例化单例对象
- 保证这个类在程序运行的过程当中,在内存中有且只有一个实例化的对象
- 保存在内存中的静态区 (保证了单例的生命周期和程序的一样长)
单例实现
定义外界调用实例化单例对象的类方法
@interface AccountManager : NSObject
/// 懒加载的方式,实例化单例对象
+ (instancetype)lazyAccountManager;
/// once的方式,实例化单例对象
+ (instancetype)sharedAccountManager;
@end
懒加载和互斥锁设计单例模式
+ (instancetype)lazyAccountManager
{
// 定义一个对象
// static : 保证某个类,实例化的对象,在内存中只保存一份
static AccountManager *manager;
// 为保证在多线程的环境下,线程的安全,所以添加了一把互斥锁
// 但是互斥锁的性能有点儿差
@synchronized(self) {
// 判断内存中有没有这个对象,如果没有,就创建
if (manager == nil) {
manager = [[AccountManager alloc] init];
}
}
return manager;
}
once设计单例模式
+ (instancetype)sharedAccountManager
{
// 存放在内存中的静态区
static AccountManager *manager;
// 保证只实例化了一次
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
manager = [[AccountManager alloc] init];
});
return manager;
}
- 面试的时候会要求手写单例设计模式 (dispatch_once_t)
性能测试
- (void)onceDemo
{
double start = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
AccountManager *manager1 = [AccountManager lazyAccountManager];
}
// 0.000254
NSLog(@"lazy %f",CFAbsoluteTimeGetCurrent() - start);
start = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
AccountManager *manager3 = [AccountManager sharedAccountManager];
}
// 0.000159
NSLog(@"shared %f",CFAbsoluteTimeGetCurrent() - start);
}
结论
- once和互斥锁都能够保证线程安全.
- once的性能比互斥锁高.
- once设计单例更加简便.
调度组(group)
调度组原理.png
特点
- 调度组中的所有异步任务执行结束之后,会得到统一的通知.
使用场景
- 监听
一组异步任务是否执行结束,如果执行结束就能够得到统一的通知.
常规用法
- (void)gcdDemo1
{
// 调度组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
// 队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// 将任务添加到队列和调度组
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"下载 A %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"下载 B %@",[NSThread currentThread]);
});
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"下载 C %@",[NSThread currentThread]);
});
// 异步 : 调度组中的所有异步任务执行结束之后,在这里得到统一的通知
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
NSLog(@"下载完成 %@",[NSThread currentThread]);
});
// 同步 : 一直等到调度组中所有的任务都执行结束以后才执行后面的代码
// dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 验证调度组是否是异步
NSLog(@"end");
}
调度组原理
The dispatch_group_async() convenience function behaves like so:
void
dispatch_group_async(dispatch_group_t group, dispatch_queue_t queue, dispat
ch_block_t block)
{
dispatch_retain(group);
dispatch_group_enter(group);
dispatch_async(queue, ^{
block();
dispatch_group_leave(group);
dispatch_release(group);
});
}
- 调度组原理实现监听一组异步任务是否执行结束(任务是网络回调的时候用以下方法，应为走完代码块group就会认为任务执行完成，如果不用enter和leave的话)
- (void)gcdDemo2
{
// 调度组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
// 队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("zj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
// dispatch_group_enter 和 dispatch_group_leave 必须成对出现
dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"下载 A %@",[NSThread currentThread]);
// dispatch_group_leave 必须是 block 的最后一句
dispatch_group_leave(group);
});
dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"下载 B %@",[NSThread currentThread]);
dispatch_group_leave(group);
});
dispatch_group_enter(group);
dispatch_group_async(group, queue, ^{
NSLog(@"下载 C %@",[NSThread currentThread]);
dispatch_group_leave(group);
});
// 异步 : 调度组中的所有异步任务执行结束之后,在这里得到统一的通知
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
NSLog(@"下载完成 %@",[NSThread currentThread]);
});
// 同步 : 一直等到调度组中所有的任务都执行结束以后才执行后面的代码
// dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 验证调度组是否是异步
NSLog(@"end");
}
GCD延时操作
代码演练
- (void)after
{
NSLog(@"start");
/*
参数1 : dispatch_time_t when,表示延迟的时间
参数2 : dispatch_queue_t queue,表示任务执行的队列
参数3 : dispatch_block_t block,表示线程要执行的任务
*/
// 参数1 : 从现在开始,延迟多长时间,精确到纳秒
dispatch_time_t when = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC));
// 参数2 : 队列是可以变化的
// dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
// 参数3
void (^task)() = ^{
// 查看当前线程
NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
};
// 延迟多少纳秒,在哪个队列中调度执行哪个任务
dispatch_after(when, queue, task);
}
结论
- 延迟多少纳秒,在哪个队列中调度执行哪个任务
