GCD之队列的实现和使用

一、什么是GCD?

以下是摘自苹果的官方说明。

Grand Central Dispatch（GCD）是异步执行任务的技术之一。一般将应用程序中记述的线程管理用的代码在系统级中实现。开发者只需要定义想执行的任务并追加到适当的Dispatch Queue中，GCD就能生成必要的线程并计划执行任务。

二、GCD实现之Dispatch Queue

• 用于管理追加的Block的C语言层实现的FIFO队列
• Atomic函数中实现的用于排他控制的轻量级信号
• 用于管理线程的C语言层实现的一些容器

GCD的API全部包含在libdispatch库中的C语言函数。Dispatch Queue通过结构体和链表，被实现为FIFO队列。FIFO队列管理是通过dispatch_async等函数所追加的Block。

Block并不是直接加入FIFO队列，而是先加入Dispatch Continuation这一dispatch_continution_t类结构体中，然后再加入FIFO队列。该Dispatch Continuation用于记忆Block所属的Dispatch Group和其他一些信息，相当于一般常说的执行上下文。

Dispatch Queue可通过dispatch_set_target_queue函数设定，可以设定执行该Dispatch Queue处理的Dispatch Queue为目标。该目标可像串珠子一样，设定多个连接在一起的Dispatch Queue。但是在连接串的最后必须设定为Main Dispatch Queue，或各种优先级的Global Dispatch Queue,或是准备用于Serial Dispatch Queue的各种优先级的 Global Dispatch Queue.

Global Dispatch Queue有如下8种。

• Global Dispatch Queue （High Priority）
• Global Dispatch Queue （Default Priority）
• Global Dispatch Queue （Low Priority）
• Global Dispatch Queue （Background Priority）
• Global Dispatch Queue （High Overcommit Priority）
• Global Dispatch Queue （Default Overcommit Priority）
• Global Dispatch Queue （Low Overcommit Priority）
• Global Dispatch Queue （Background Overcommit Priority）

优先级中附有Overcommit的Global Dispatch Queue使用在Serial Dispatch Queue中。如Overcommit这个名称所示，不管系统状态如何，都会强制生成线程的Dispatch Queue。

这8种Global Dispatch Queue各使用1个pthread_workqueue。GCD初始化时，使用pthread_workqueue_create_np函数生成pthread_workqueue。

pthread_workqueue包含在Libc提供的pthreads API中。其使用bsdthread_register和workq_open系统调用，在初始化XNU内核的workqueue之后获取workqueue信息。

XNU内核持有4中workqueue。

• WORKQUEUE_HIGH_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_DEFAULT_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_LOW_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_BG_PRIOQUEUE

以上为4种执行优先级的workqueue。该执行优先级与Global Dispatch Queue的4种执行优先级相同。

Dispatch Queue中执行Block的过程。

当在Global Dispatch Queue中执行Block时，libdispatch从Global Dispatch Queue自身的FIFO队列中取出Dispatch Continuation，调用pthread_workqueue_additem_np函数。将该Global Dispatch Queue自身、符合其优先级的workqueue信息以及为执行Dispatch Continuation的回调函数等传递给参数。

pthread_workqueue_additem_np函数使用workq_kernreturn系统调用，通知workqueue增加应当执行的项目。根据该通知，XNU内核基于系统状态判断是否需要生成线程。如果是Overcommit优先级的Global Dispatch Queue，workqueue则始终生成线程。

workqueue的线程执行pthread_workqueue函数，该函数调用libdispatch的回调函数。在该回调函数中执行加入到Dispatch Continuation的Block。

Block执行结束后，进行通知Dispatch Group结束、释放Dispatch Continuation等处理，开始准备执行加入到Global Dispatch Queue中的下一个Block。

以上就是Dispatch Queue执行的大概过程。

三、线程和队列

线程是代码执行的路径，队列则是用于保存以及管理任务的，线程负责去队列中取任务进行执行。

1、队列

是管理线程的，相当于线程池,能管理线程什么时候执行。

队列分为串行队列和并行队列等

串行队列：队列中的任务按顺序执行

并行队列：队列中的任务会并发执行。任务执行完毕了，不一定出队列。只有前面的任务执行完了，才会出队列。

串行队列：队列中的任务只会顺序执行，多个串行队列可并行执行

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create(“xxx”,DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

并行队列：队列中的任务会并发执行

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create(“xxx”, DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

全局队列：与并行队列类似，但调试时，无法确认操作所在队列

dispatch_queue_t q = dispatch_get_global_queue(dispatch_queue_priority_default, 0);

主队列：每一个程序对应唯一一个主队列；在多线程开发中，使用主队列更新UI

dispatch_queue_t q = dispatch_get_main_queue();

2、同步和异步

dispatch_async （异步操作函数），就是将指定的Block“非同步”地追加到指定的队列(queue)中。dispatch_async函数不做任何等待。会新开线程

dispatch_sync（ 同步操作函数），就是将指定的Block“同步”地追加到指定的队列(queue)中。在追加Block结束之前，dispatch_sync函数会一直等待；不会新开线程

3、队列和操作的组合

串行队列同步操作：同步操作不会新开线程、操作顺序执行

串行队列异步操作：异步操作新开一个子线程、操作顺序执行，“最安全的选择”

并行队列同步操作：同步操作不会新开线程、操作顺序执行

并行队列异步操作：异步操作会新开多个线程（有多少任务，就开n个线程执行）、操作无序执行；队列前如果有其他任务，会等待前面的任务完成之后再执行；场景：既不影响主线程，又不需要顺序执行的操作！

全局队列异步操作：异步操作会新建多个线程、操作无序执行，队列前如果有其他任务，会等待前面的任务完成之后再执行

全局队列同步操作：同步操作不会新建线程、操作顺序执行

主队列异步操作：异步操作都在主线程上顺序执行的，不存在异步的概念

主队列同步操作：会死锁

4、会引起死锁的2种情况

1、在主线程中运用主队列同步。

- (void)viewDidLoad {

[super viewDidLoad];

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

NSLog(@"hello");

});

}

同步对于任务是立刻执行的，那么当把任务放进主队列时，它就会立马执行,只有执行完这个任务，viewDidLoad才会继续向下执行。

而viewDidLoad和任务都是在主队列上的，由于队列的先进先出原则，任务又需等待viewDidLoad执行完毕后才能继续执行，viewDidLoad和这个任务就形成了相互循环等待，就造成了死锁。

想避免这种死锁，可以将同步改成异步dispatch_async,或者将dispatch_get_main_queue换成其他串行或并行队列，都可以解决。

2、在串行队列中同步的向这个串行队列追加Block

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("xxx", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

dispatch_async(serialQueue, ^{

dispatch_sync(serialQueue, ^{

NSLog(@"hello");

});

});

想避免这种死锁，可以将同步改成异步dispatch_async,或者将串行队列换为并行队列，都可以解决。

以上部分内容参考自《Objective-C高级编程》一书