iOS多线程开发之GCD（基础篇）

总纲：

GCD基本概念
GCD如何实现
GCD如何使用
队列和任务组合

一、GCD基本概念

GCD 全称Grand Central Dispatch(大中枢队列调度)，是一套低层API,提供了⼀种新的方法来进⾏并发程序编写。从基本功能上讲，GCD有点像NSOperationQueue，他们都允许程序将任务切分为多个单一任务，然后提交⾄⼯作队列来并发的或者串⾏的执行。GCD是C实现，⽐NSOpertionQueue更底层更高效，并且它不是Cocoa框架的一部分并发任务会像NSOperationQueue那样基于系统负载来合适地并发进⾏，而串⾏行队列同一时间只执行单一任务，GCD的API很大程度上基于block。

GCD并发编程的主要好处归纳

GCD可用于多核的并行运算
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

二、GCD如何实现

GCD主要由队列和任务两部分来实现，苹果官方对GCD是这样说明的：开发者要做的只是定义想执行的任务并追加到适当的Dispatch Queue中。Dispatch Queue是执行处理的等待队列，我们可以通过dispatch_async等API，在block语法中记述想要执行的处理并将其追加到Dispatch Queue中，Dispatch Queue是按照追加的顺序进行处理（先进先出FIFO）。

多线程执行过程就是把任务放在队列中去执行的过程。那么在这里我们首先回顾一下基本概念：

（一）进程／线程、任务／队列

（二）同步/异步、并发／并行

并发不一定等于并行

（三）异步/同步任务 & 并行/串行队列的特点

综上所述，iOS多线程编程使用GCD的最优原则是能不在阻碍主线程（又叫作UI线程）的情况下，开启新的线程（子线程）去处理耗时的操作，以便有效提高程序的执行效率和资源利用率，但是同时开启多个子线程也会引发许多其他的问题，如资源竞争、死锁、内存损耗等，所以要注意，这篇文章只是介绍GCD的使用，因此可能产生的问题我将会在这个系列后续篇章做介绍。

GCD并发编程产生的作用归纳（考虑线程安全，不死锁的情况下效果）：

能开启新的线程（子线程）
多个任务可以同时进行
不会阻塞主线程（又叫作UI线程）影响UI事件

三、GCD如何使用

开发者要做的只是定义想执行的任务并追加到适当的队列（Dispatch Queue）中

1、创建队列（Dispatch Queue）

第一种：通过GCD的API的dispatch_queue_create函数生成Dispatch Queue

// 创建串行队列

dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

// 创建并发队列

dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

另外需要注意的点是：虽然有ARC编译器自动管理内存这一优秀技术，但生成的Dispatch Queue必须由程序员主动释放。

// 释放

dispatch_release(exampleSerialDispatchQueue) 

// 持有

dispatch_retain(exampleSerialDispatchQueue)

第二种：直接使用系统提供的标准Dispatch Queue ：Main Dispatch Queue和Global Dispatch Queue

（1）Main Dispatch Queue：主线程中执行的Dispatch Queue，也就是Serial Dispatch Queue（串行队列），可以通过dispatch_get_main_queue()来获取。

dispatch_queue_t   mainDispatchQueue = dispath_get_main_queue();

(2) Global Dispatch Queue: 全局并发队列（Concurrent Dispatch Queue），GCD默认提供了全局的并发队列，可以通过dispatch_get_global_queue()获取。

// 高优先级

dispatch_queue_t globalDispatchQueueHigh = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,)  

// 默认优先级

dispatch_queue_t globalDispatchQueueDefault = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,) 

// 低优先级

dispatch_queue_t globalDispatchQueueLow = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,)  

// 后台优先级

dispatch_queue_t globalDispatchQueueBackgroud = dispath_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_GACKGROUND,)

一般来说，主线程（又叫做UI线程）主要处理UI事件，耗时操作（如I/O，数据库访问，网络资源加载等）则放在子线程中，等子线程操作完成后再回到主线程进行UI刷新，以下例举使用Main Dispatch Queue和Global Dispatch Queue的源码：

- (void)testMainGlobalDispatchQueue{

    // 创建全局并发队列，默认优先级

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, ), ^{

        // 可并行处理的任务（耗时操作）代码放在这里

        // 获取主线程，处理UI事件

        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

            // UI事件

        });

    });

}

2、创建任务

// 同步执行任务创建方法

dispatch_sync(queue, ^{

    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);    // 这里放任务代码

});

// 异步执行任务创建方法

dispatch_async(queue, ^{

    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);    // 这里放任务代码

});

四、队列任务组合

根据（二）中描述，GCD由队列和任务两部分组成，队列分为串行队列、并行队列、主队列，任务可分为同步和异步任务，这样可将队列与任务组合如下：

1、并行队列 & 异步执行

- (void) asyncConcurrentTask

{

    NSLog(@"asyncConcurrentTask---start");

    dispatch_queue_t queue= dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task1------%@",[NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task2------%@",[NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task3------%@",[NSThread currentThread]);

    });

    NSLog(@"asyncConcurrentTask---end");

}

打印结果：

-- ::10.963 Test[:] asyncConcurrentTask---start

-- ::10.963 Test[:] asyncConcurrentTask---end

-- ::10.963 Test[:] Task3------<NSThread: 0x60800007cdc0>{number = , name = (null)}

-- ::10.963 Test[:] Task2------<NSThread: 0x60800007d1c0>{number = , name = (null)}

-- ::10.963 Test[:] Task1------<NSThread: 0x600000074e80>{number = , name = (null)}

结论：

(1) 开启了新线程

(2) 任务之间不需要排队，且具有同时被执行的权利

2、并行队列 & 同步执行

- (void)syncConcurrentTask

{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.beck.wang.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

   NSLog(@"syncConcurrentTask---start---");

   dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    NSLog(@"syncConcurrentTask---end---");

}

打印结果：

-- ::04.725 Test[:] syncConcurrentTask---start---

-- ::04.725 Test[:] Task1---<NSThread: 0x608000067540>{number = , name = main}

-- ::04.726 Test[:] Task2---<NSThread: 0x608000067540>{number = , name = main}

-- ::04.726 Test[:] Task3---<NSThread: 0x608000067540>{number = , name = main}

-- ::04.726 Test[:] syncConcurrentTask---end---

结论：

(1) 不开启了新线程

(2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

3、串行队列 & 异步执行

- (void)asyncSerialTask

{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    NSLog(@"asyncSerialTask---start---");

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    NSLog(@"asyncSerialTask---end---");

}

打印结果：

-- ::27.068 Test[:] asyncSerialTask---start---

-- ::27.068 Test[:] asyncSerialTask---end---

-- ::27.068 Test[:] Task1---<NSThread: 0x600000071e00>{number = , name = (null)}

-- ::27.069 Test[:] Task2---<NSThread: 0x600000071e00>{number = , name = (null)}

-- ::27.069 Test[:] Task3---<NSThread: 0x600000071e00>{number = , name = (null)}

结论：

(1) 开启了新线程

(2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

4、串行队列 & 同步执行

- (void)syncSerialTask

{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.beckwang.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    NSLog(@"syncSerialTask---start---");

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    NSLog(@"syncSerialTask---end---");

}

打印结果：

-- ::48.948 Test[:] syncSerialTask---start---

-- ::48.948 Test[:] Task1---<NSThread: 0x600000076640>{number = , name = main}

-- ::48.949 Test[:] Task2---<NSThread: 0x600000076640>{number = , name = main}

-- ::48.949 Test[:] Task3---<NSThread: 0x600000076640>{number = , name = main}

-- ::48.949 Test[:] syncSerialTask---end---

结论：

(1) 不开启了新线程

(2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

5、主队列 & 异步执行

- (void)asyncMainTask

{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    NSLog(@"asyncMainTask---start---");

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_async(queue, ^{

        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    NSLog(@"asyncMainTask---end---");

}

打印结果：

-- ::36.828 Test[:] asyncMainTask---start---

-- ::36.828 Test[:] asyncMainTask---end---

-- ::36.834 Test[:] Task1---<NSThread: 0x608000072480>{number = , name = main}

-- ::36.834 Test[:] Task2---<NSThread: 0x608000072480>{number = , name = main}

-- ::36.834 Test[:] Task3---<NSThread: 0x608000072480>{number = , name = main}

结论：

(1) 不开启了新线程

(2) 任务之间需要排队，按照追加顺序执行

6、主队列 & 同步执行

- (void)syncMainTask{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    NSLog(@"syncMainTask---start---");

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task1---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task2---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    dispatch_sync(queue, ^{

        NSLog(@"Task3---%@", [NSThread currentThread]);

    });

    NSLog(@"syncMainTask---end---");

}

打印结果：

-- ::31.860 Test[:] syncMainTask---start---

结论：

发生死锁，程序崩溃。

好了GCD系列的上篇就写到这里，我将在后续系列中详细介绍GCD的队列系列和用法，以及使用GCD可能造成的问题及解决方案，水平有限，有不对的地方还望批评指正！