GCD 之队列（Dispatch queue）

2016-11-25 本文已影响269人 fuyoufang

GCD（Grand Central Dispatch）介绍

GCD 属于系统级的线程管理，在 Dispatch queue 中执行任务时性能非常的高。GCD 和 operation queue 一样都是基于队列的并发编程 API，它们通过集中管理大家协同使用的线程池。GCD 这块已经开源（开源地址）。

队列

GCD 中的使用 FIFO 队列，用来保证先进来的任务先得到执行，这种队列称之为 dispatch queue。队列一共有两种类型，分别如下：

串行队列（Serial queue）：又叫 private dispatch queues，同时只执行一个任务（单独的 block 块），常用于同步访问特定的资源或数据。当创建多个 serial queue 时，虽然各自是同步，但 serial queue 之间是并发执行的。
并行队列（Concurrent queue）：又叫 global dispatch queue，可以并发的执行多个任务（多个 block 块），但执行完成顺序是随机的。

全局队列

系统提供了 5 个不同全局队列，分别为：

主队列（main queue）
4个不同优先级的后台队列，它们的优先级分别为：High Priority Queue，Default Priority Queue，Low Priority Queue，及优先级更低的 Background Priority Queue（用于 I/O）。

主队列（ main queue ）~~是主线程中的唯一队列~~，它是一个串行队列。获取主队列的函数如下：

dispatch_queue_t dispatch_get_main_queue(void)

全局队列都为并行的队列，获取方式如下：

object-c

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long identifier, unsigned long flags);

此函数接收两个参数，第一个参数 identifier 是队列的标识符，第二个参数 flags 标记保留供将来使用，始终对此参数指定0即可。identifier 可以用下面的宏来指定不同优先级的队列。

#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

swift 3.0
在 swift 中对 GCD 相关 API 进行了封装，全部使用类来操作。swift 可以调用 DispatchQueue 的类方法获取：

// swift 3.0
public class func global(qos: DispatchQoS.QoSClass = default) -> DispatchQueue

这四种队列的优先级分别为：

QOS_CLASS_USER_INTERACTIVE：user interactive 等级表示任务需要被立即执行，用来在响应事件之后更新 UI，来提供好的用户体验。这个等级最好保持小规模。
QOS_CLASS_USER_INITIATED：user initiated 等级表示任务由 UI 发起异步执行。适用场景是需要及时结果同时又可以继续交互的时候。
QOS_CLASS_UTILITY：utility 等级表示需要长时间运行的任务，伴有用户可见进度指示器。经常会用来做计算，I/O，网络，持续的数据填充等任务。这个任务节能。
QOS_CLASS_BACKGROUND：background 等级表示用户不会察觉的任务，使用它来处理预加载，或者不需要用户交互和对时间不敏感的任务。
全局队列不是用户创建的，只能被获取，为了方便 GCD 的使用，apple 默认为我们提供的。

自定义队列

创建队列

除了系统提供的全局队列，也可以创建自定义队列。可以创建串行队列和并行队列两种类型的队列。创建自定义队列的方法如下：

object-c

dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *_Nullable label,
            dispatch_queue_attr_t _Nullable attr);

此函数接收两个参数。第一个参数 label 为队列的标识符，遵循反向DNS命名习惯，方便描述，第二个参数 attr 为队列的属性。当 attr 为 NULL 或者 DISPATCH_QUEUE_SERIAL 时，可以创建串行队列，为 DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 时可以创建并行队列。
例如：

 // 串行队列
dispatch_queue_create("com.fyf.serialqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
// 并行队列
dispatch_queue_create("com.fyf.concurrentqueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

switf
在 swift 中 dispatch queue 对应的类为 DispatchQueue，可以使用下面方法进行初始化：

init(label: String, qos: DispatchQoS = default, attributes: DispatchQueue.Attributes = default, autoreleaseFrequency: DispatchQueue.AutoreleaseFrequency = default, target: DispatchQueue? = default)

设定队列优先级

object-c
在 object-c 中有两种方式设置自定义队列的优先级，第一种为在创建队列时，用包含优先级的属性来指定队列的优先级。

dispatch_queue_attr_t dispatch_queue_attr_make_with_qos_class(dispatch_queue_attr_t _Nullable attr,
dispatch_qos_class_t qos_class, int relative_priority);

例如：

dispatch_queue_attr_t attr = dispatch_queue_attr_make_with_qos_class(DISPATCH_QUEUE_SERIAL, QOS_CLASS_UTILITY, -1);
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.fyf.qosqueue", attr);

第二种方法为参考其他队列的优先级，来设置自定义队列的优先级。

void dispatch_set_target_queue(dispatch_object_t object,
      dispatch_queue_t _Nullable queue);

dispatch_set_target_queue 可以将参数 object 的优先级设置为 queue 的优先级。例如：

//需要设置优先级的 queue
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.fyf.settargetqueue", NULL); 
//参考优先级 queue
dispatch_queue_t referQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0); 
dispatch_set_target_queue(queue, referQueue); //设置 queue 和 referQueue 的优先级一样

dispatch_set_target_queue 也可以设置队列层级体系，比如让多个串行和并行队列在统一一个串行队列里串行执行，如下：

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.fyf.serialqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t firstQueue = dispatch_queue_create("com.fyf.firstqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t secondQueue = dispatch_queue_create("com.fyf.secondqueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_set_target_queue(firstQueue, serialQueue);
    dispatch_set_target_queue(secondQueue, serialQueue);
    dispatch_async(serialQueue, ^{
        NSLog(@"serialQueue 线程为：%@", [NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(firstQueue, ^{
        NSLog(@"开始第 1 个任务。%@", [NSThread currentThread]);
        [NSThread sleepForTimeInterval:3.f];
        NSLog(@"结束第 1 个任务。");
    });
    dispatch_async(secondQueue, ^{
        NSLog(@"开始第 2 个任务。%@", [NSThread currentThread]);
        [NSThread sleepForTimeInterval:2.f];
        NSLog(@"结束第 2 个任务。");
    });
    dispatch_async(secondQueue, ^{
        NSLog(@"开始第 3 个任务。%@", [NSThread currentThread]);
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.f];
        NSLog(@"结束第 3 个任务。");
    });

输出：

serialQueue 线程为：< NSThread: 0x608000079040>{number = 3, name = (null)}
开始第 1 个任务。< NSThread: 0x608000079040>{number = 3, name = (null)}
结束第 1 个任务。
开始第 2 个任务。< NSThread: 0x608000079040>{number = 3, name = (null)}
结束第 2 个任务。
开始第 3 个任务。< NSThread: 0x608000079040>{number = 3, name = (null)}
结束第 3 个任务。

由此可见，添加到 firstQueue 和 secondQueue 中的任务都在 serialQueue 队列中以串行的方式执行。

添加任务

获取到队列之后，我们就可以向队列中添加任务。添加任务的方法如下：

object-c

void dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, DISPATCH_NOESCAPE dispatch_block_t block);

void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

dispatch_sync 和 dispatch_async 函数需要两个参数，一个是队列 queue，一个是需要添加的任务 block。它们的共同点是 block 都会在指定的队列 queue 上执行，无论 queue 是并行队列还是串行队列；不同的是 dispatch_sync 会阻塞当前线程，直到 block 结束，而 dispatch_async 不会阻塞当前线程。在做比较耗时的任务时，比如读取网络数据，就需要使用 dispatch_async 将任务异步的添加到另一个线程中处理。

例如：

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
  dispatch_async(queue, ^{
      // 完成任务

  });

swift 3.0
在 swift 中，使用 DispatchQueue 的下面的实例方法进行添加任务：

public func sync(execute workItem: DispatchWorkItem)
public func async(execute workItem: DispatchWorkItem)

例如：

let concurrentQueue = DispatchQueue.init(label: "concurrentQueue", qos: .default, attributes: .concurrent, autoreleaseFrequency: .inherit, target: nil);
  concurrentQueue.async(execute: {
      //   
})

线程之间的切换

为了防止阻塞主线程，造成页面卡顿，影响交互，我们会将耗时的任务放到其他线程，等到任务结束时，再切换到主线程更新 UI，所以代码中经常会涉及到线程的切换。
例如：

object-c

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  dispatch_queue_t queue =     dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
  dispatch_async(queue, ^{
    // 完成耗时任务    
    
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
      // 在主线程中更新 UI
    });
  });
}

swift 3.0

override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()

    // 将耗时的任务放到其他线程
    DispatchQueue.global().async {
        // 完成耗时任务
        
        DispatchQueue.main.async {
            // 返回到主线程刷新 UI   
        }
    }
}

参考资料

细说GCD（Grand Central Dispatch）如何用

GCD 之队列（Dispatch queue）

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队列

全局队列

自定义队列

创建队列

设定队列优先级

添加任务

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