多线程编程之GCD

GCD是什么：一句话负责线程池的中央调度

GCD全称为Grand Central Dispatch，是libdispatch的市场名称，而libdispatch是Apple的一个库，其为并发代码在iOS和OS X的多核硬件上执行提供支持。确切地说GCD是一套低层级的C API，通过 GCD，开发者只需要向队列中添加一段代码块(block或C函数指针)，而不需要直接和线程打交道。GCD在后端管理着一个线程池，它不仅决定着你的代码块将在哪个线程被执行，还根据可用的系统资源对这些线程进行管理。这样通过GCD来管理线程，从而解决线程被创建的问题。

GCD的优势

• 易用: GCD 提供一个易于使用的并发模型而不仅仅只是锁和线程，以帮助我们避开并发陷阱,而且因为基于block，它能极为简单得在不同代码作用域之间传递上下文。
• 灵活: GCD 具有在常见模式上(比如锁、单例)，用更高性能的方法优化代码，而且GCD能提供更多的控制权力以及大量的底层函数。
• 性能: GCD能自动根据系统负载来增减线程数量，这就减少了上下文切换以及增加了计算效率。

相关概念

GCD中涉及到队列、线程、串行并行、同步异步、串行并发等概念，这些概念的认知可以通过我的另一篇文章

• Dispatch Objects
  尽管GCD是纯C语言的，但它被组建成面向对象的风格。GCD对象被称为dispatch object, 所有的dispatch objects都是OC对象.，就如其他OC对象一样，当开启了ARC(automatic reference counting)时,dispatch objects的retain和release都会自动执行。而如果是MRC的话，dispatch objects会使用dispatch_retain和dispatch_release这两个方法来控制引用计数。

• Serial & Concurrent
  串行任务就是每次只有一个任务被执行，并发任务就是在同一时间可以有多个任务被执行。

• Synchronous & Asynchronous
  同步函数意思是在完成了它预定的任务后才返回，在任务执行时会阻塞当前线程。而异步函数则是任务会完成但不会等它完成，所以异步函数不会阻塞当前线程，会继续去执行下一个函数。

• Concurrency & Parallelism
  并发的意思就是同时运行多个任务。这些任务可能是以在单核 CPU 上以分时（时间共享）的形式同时运行，也可能是在多核 CPU 上以真正的并行方式来运行。然后为了使单核设备也能实现这一点，并发任务必须先运行一个线程，执行一个上下文切换，然后运行另一个线程或进程。并行则是真正意思上的多任务同时运行。

• Context Switch
  Context Switch即上下文切换，一个上下文切换指当你在单个进程里切换执行不同的线程时存储与恢复执行状态的过程。这个过程在编写多任务应用时很普遍，但会带来一些额外的开销。

• Dispatch Queues
  GCD dispatch queues是一个强大的执行多任务的工具。Dispatch queue是一个对象，它可以接受任务，并将任务以先进先出(FIFO)的顺序来执行。Dispatch queue可以并发的或串行的执行任意一个代码块，而且并发任务会像NSOperationQueue那样基于系统负载来合适地并发进行，串行队列同一时间则只执行单一任务。Dispatch queues内部使用的是线程，GCD 管理这些线程，并且使用Dispatch queues的时候，我们都不需要自己创建线程。Dispatch queues相对于和线程直接通信的代码优势是：Dispatch queues使用起来特别方便，执行任务更加有效率。

具体使用

队列

对了除了串行和并行之分，全局队列还有一些相关属性影响着队列内任务的执行，比如优先级等，高优先级的队列，在等候被调度的情况下更容易获取资源或机会

• 串行队列

    //主队列
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
     //自定义的串行队列
    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("serialQueue0", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

• 并行队列

//系统的全局并行队列
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
//自定义的并行队列
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

• 串行并行的参数

    DISPATCH_QUEUE_SERIAL  //串行
    DISPATCH_QUEUE_CONCURREN  //并行

• 全局队列的优先级，默认0

#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2)
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN

任务

• 同步任务

dispatch_sync(globalQueue, ^{
       //同步任务
    });

• 异步任务

dispatch_async(globalQueue, ^{
       //异步任务
    });

• dispatch_suspend != 立即停止队列的运行
  dispatch_suspend，dispatch_resume提供了“挂起、恢复”队列的功能，简单来说，就是可以暂停、恢复队列上的任务。但是dispatch_suspend并不会立即暂停正在运行的block，而是在当前block执行完成后，暂停后续的block执行

其他使用

• DispatchGroup 任务组
  很多时候我们需要等待一系列任务（block）执行完成，然后再做一些收尾的工作。如果是有序的任务，可以分步骤完成的，直接使用串行队列就行。但是如果是一系列并行执行的任务，就需要DispatchGroup 任务组了

 dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_group_async(group, globalQueue, ^{
        //A
    });
    dispatch_group_async(group, globalQueue, ^{
        //B
    });
    //当此group，此队列中的所有任务都结束才执行此block
    dispatch_group_notify(group, globalQueue, ^{
        
    });

• dispatch_group_enter(group)、dispatch_group_leave(group)
  DispatchGroup 任务组的并发任务的情况，如果此时拿不到队列对象就没法使用dispatch_group_async(group,队列)，怎么办呢

AFHTTPRequestOperationManager *manager = [AFHTTPRequestOperationManager manager];
//Enter group
dispatch_group_enter(group);
[manager GET:@"http://www.baidu.com" parameters:nil success:^(AFHTTPRequestOperation *operation, id responseObject) {
    //Deal with result...
    //Leave group
    dispatch_group_leave(group);
}    failure:^(AFHTTPRequestOperation *operation, NSError *error) {
    //Deal with error...
    //Leave group
    dispatch_group_leave(group);
}];

• 加结束任务
  添加结束任务也可以分为两种情况，如下：
  在当前线程阻塞的同步等待： dispatch_group_wait(<#dispatch_group_t _Nonnull group#>, <#dispatch_time_t timeout#>)。
  添加一个异步执行的任务作为结束任务：dispatch_group_notify(group, globalQueue, ^{
  });

• dispatch_barrier_async
  同一个队列，dispatch_barrier_async添加的任务会阻塞后面的任务，直至此任务执行结束；注意：只在自己创建的并发队列上有效

   dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{
        for (int i=0; i<5; i++) {
            NSLog(@"=%@=====%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });
    dispatch_async(concurrentQueue, ^{
        for (int i=5; i<10; i++) {
            NSLog(@"=%@=====%d",[NSThread currentThread],i);
        }
    });

• 延时执行 dispatch_after

//主队列中的延时执行  时间单位是dispatch_time_t
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(30 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    });
    //任意队列中的延时执行
    dispatch_after(DISPATCH_TIME_NOW+30, globalQueue, ^{
        
    });

• 一次性代码，单例常用

    dispatch_once_t onceToken = 0;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        //默认线程安全
    });

• 遍历 让循环并行执行

    dispatch_apply(10, globalQueue, ^(size_t index) {
        //会执行10次   index顺序不确定
    });