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<html>
<head>
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<title>GCD多线程开发 -- June的学习空间</title>
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<body>
<div class="container">
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<div class="row">
<div class="col-md-7 col-md-offset-1">
<h3><a href="index.html" style="color:white;">June的个人空间</a><small> 编程、读书、感悟</small></h3>
</div>
</div>
</div>
<div class="row">
<div id="contents" class="col-md-7 col-md-offset-1">
<div class="toc">
<ul>
<li><a href="#toc_1">GCD多线程开发</a>
<ul>
<li><a href="#toc_1.1">概述</a>
<li><a href="#toc_1.2">Dispatch Queues</a>
<ul>
<li><a href="#toc_1.2.1">后台执行</a>
<li><a href="#toc_1.2.2">主线程执行</a>
<li><a href="#toc_1.2.3">一次性执行</a>
<li><a href="#toc_1.2.4">延迟1秒执行</a>
</ul>
<li><a href="#toc_1.3">Dispatch Objects</a>
<ul>
<li><a href="#toc_1.3.1">使用</a>
<li><a href="#toc_1.3.2">计时器</a>
</ul>
<li><a href="#toc_1.4">并行处理</a>
<ul>
<li><a href="#toc_1.4.1">单线程处理</a>
<li><a href="#toc_1.4.2">并行处理</a>
<li><a href="#toc_1.4.3">dispatch group</a>
</ul>
<li><a href="#toc_1.5">信号量</a>
<li><a href="#toc_1.6">应用技巧</a>
<li><a href="#toc_1.7">TODO</a>
<li><a href="#toc_1.8">参考资料</a>
</ul>
</ul>
</div>
<h1 id="toc_1">GCD多线程开发</h1>
<h2 id="toc_1.1">概述</h2>
<p>
GCD（Grand Central Dispatch）是苹果在iOS4.0引入的多线程编程技术。可以替代之前的NSThread, NSOperation的做法。本身用纯C语言编写，轻量级、高性能。
而且GCD采用block作为执行主体，可以利用block的很多优势。当然，如果需要也可以脱离block使用。
用GCD的优势在于代码更为简洁，运行效率更高，也更有利于做平行计算。
</p>
<h2 id="toc_1.2">Dispatch Queues</h2>
<p>
Dispatch Queues是GCD的基本概念，可以接受任务，按并发或串行来执行。
并发可以根据系统负载那样来合适地并发。
</p>
<p>
一般有这三种：
</p>
<ol>
<li>
The main queue: 主线程中执行。使用dispatch_get_main_queue()来获得。这是串行队列。
<li>
Global queues: 并发队列。可以调用dispatch_get_global_queue函数活得。
<li>
用户队列: 用函数 dispatch_queue_create 创建的队列. 这些队列是串行的。
</ol>
<p>
常用的就是下面几种使用方法：
</p>
<h3 id="toc_1.2.1">后台执行</h3>
<pre>
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
NSLog(@"run in background ...");
});
</pre>
<p>
其中第一个参数是是控制线程的优先级，GCD支持的优先级有：
</p>
<ol>
<li>
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH：高优先级
<li>
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT：默认优先级
<li>
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW：低优先级
<li>
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND：最低的优先级，可以用于最小避免IO操作对系统的影响。
</ol>
<p>
第二个参数是为将来做考虑的，目前只需要写0。
</p>
<h3 id="toc_1.2.2">主线程执行</h3>
<pre>
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
NSLog(@"run in main ...");
});
</pre>
<h3 id="toc_1.2.3">一次性执行</h3>
<p>
使用dispatch_once，这函数不仅意味着代码仅会被运行一次，而且还是线程安全的，可以不用@synchronized之类的来防止多个线程不同步的问题。这个很适合用来写单例。
</p>
<pre>
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
NSLog(@"run once ...");
});
</pre>
<h3 id="toc_1.2.4">延迟1秒执行</h3>
<pre>
double delayInSeconds = 1.0;
dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds * NSEC_PER_SEC);
dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
NSLog(@"delay with %f", delayInSeconds);
});
</pre>
<p>
dispatch_time是用来创建一个dispatch_time_t数据结构，第一个参数可以传入DISPATCH_TIME_NOW或者DISPATCH_TIME_FOREVER，分别代表当前时间和无限大的时间。
NSEC_PER_SEC代表一秒钟包含多少纳秒，NSEC_PER_MSEC代表一毫秒包含多少纳秒;
</p>
<h2 id="toc_1.3">Dispatch Objects</h2>
<h3 id="toc_1.3.1">使用</h3>
<p>
Dispatch Objects的作用就是用来监听一些特定的底层系统事件。目前GCD支持的事件类型有：
</p>
<ul>
<li>
计时器类型
<li>
Unix信号量通知
<li>
文件和socket的变化
<li>
进程状态的变化
<li>
Mach port事件
<li>
自定义dispatch sources
</ul>
<p>
如使用内建事件读取标准输入：
</p>
<pre>
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// 创建一个内建事件，从标准输入读取数据
dispatch_source_t stdinSource = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_READ, STDIN_FILENO, 0, globalQueue);
// 设置事件句柄
dispatch_source_set_event_handler(stdinSource, ^{
char buf[1024];
// 读取标准输入
int len = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
if(len > 0)
NSLog(@"Got data from stdin: %.*s", len, buf);
});
// dispatch source启动时默认状态是挂起的，创建完毕之后得主动恢复:
dispatch_resume(stdinSource);
</pre>
<p>
注意某些情况是需要dispatch_source_set_cancel_handler取消dispatch sources，以关闭文件描述符的。
<em>（<span class="todo">TODO:</span>试验此类情况）</em>
</p>
<h3 id="toc_1.3.2">计时器</h3>
<p>
虽然有简单的NSTimer类可以定时或延时操作，但是NSTimer是必须要在run loop已经启用的情况下使用的，否则无效。但只有主线程是默认启动run loop的。
我们不能保证自己写的方法不会被人在异步的情况下调用到，所以有时使用NSTimer不是很保险。那么用GCD有另外一套做法可以取代：
</p>
<pre>
int interval = 2;
// 这个参数告诉系统我们需要计时器触发的精准程度，0的话是努力保持最大精度；如果能接受误差为60秒，则改为60。
int leeway = 0;
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// 创建计时器
dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
if (timer) {
dispatch_source_set_timer(timer, dispatch_walltime(DISPATCH_TIME_NOW, NSEC_PER_SEC * interval), interval * NSEC_PER_SEC, leeway);
dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
NSLog(@"dispatch timer ..");
});
// 恢复挂起
dispatch_resume(timer);
}
</pre>
<h2 id="toc_1.4">并行处理</h2>
<p>
GCD用来做并行处理很容易。比如下面的例子，我创建一个小数组，每个数组中的每个对象都做了10000000次的乘法计算：
</p>
<h3 id="toc_1.4.1">单线程处理</h3>
<pre>
- (void)test
{
NSTimeInterval startTime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
NSArray *array = [self createTestArray];
for (id obj in array) {
[self doSomethingWithObj:obj];
}
NSTimeInterval endTime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
NSLog(@"cost time: %f", (endTime - startTime));
}
- (NSArray*)createTestArray
{
NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
for (int i=0; i<10; i++) {
[array addObject:@(i)];
}
return array;
}
- (void)doSomethingWithObj:(id)obj
{
NSLog(@"print objc: %@", obj);
for (int i=0; i<10000000; i++) {
int value = [(NSNumber*)obj intValue];
int result = value * value;
result++;
}
}
</pre>
<p>
结果：
</p>
<pre>
cost time: 2.250432
</pre>
<h3 id="toc_1.4.2">并行处理</h3>
<p>
修改处理数组的函数为并发方式，这里用了dispatch_apply，不过注意这个是同步操作，会阻塞当前的线程。
</p>
<pre>
- (void)test
{
NSTimeInterval startTime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
NSArray *array = [self createTestArray];
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_apply([array count], queue, ^(size_t index){
[self doSomethingWithObj:[array objectAtIndex:index]];
});
NSTimeInterval endTime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
NSLog(@"cost time: %f", (endTime - startTime));
}
</pre>
<p>
结果：
</p>
<pre>
cost time: 0.660977
</pre>
<p>
速度快了3.4倍！效果确实明显。
</p>
<h3 id="toc_1.4.3">dispatch group</h3>
<p>
上述的写法也可以用dispatch group来代替。dispatch group可以用来将多个block组成一组，等这些block都完成之后才触发其他操作。
</p>
<pre>
- (void)test
{
NSTimeInterval startTime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
NSArray *array = [self createTestArray];
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
// 创建一个组：
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
for(id obj in array) {
// 每个对象都做异步操作
dispatch_group_async(group, queue, ^{
[self doSomethingWithObj:obj];
});
}
// 所有操作执行完之后才执行：
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
[self doSomethingWithArray:array];
NSTimeInterval endTime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
NSLog(@"cost time: %f", (endTime - startTime));
});
}
</pre>
<h2 id="toc_1.5">信号量</h2>
<p>
信号量跟普通线程的信号量概念是一样的：
</p>
<pre>
信号量是一个整形值并且具有一个初始计数值，并且支持两个操作：信号通知和等待。当一个信号量被信号通知，其计数会被增加。当一个线程在一个信号量上等待时，线程会被阻塞（如果有必要的话），直至计数器大于零，然后线程会减少这个计数。
</pre>
<p>
对应的函数有：
</p>
<ol>
<li>
dispatch_semaphore_create：创建dispatch信号量
<li>
dispatch_semaphore_signal：信号通知
<li>
dispatch_semaphore_wait：信号等待
</ol>
<h2 id="toc_1.6">应用技巧</h2>
<p>
创建单例可以用来保证线程安全：
</p>
<pre>
static Foo *sharedFoo;
+(Foo*)sharedFoo
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
sharedFoo = [[Foo alloc] init];
});
return sharedFoo;
}
</pre>
<p>
不过我平时更爱使用这种方式来创建单例：
</p>
<pre>
static Foo *sharedFoo = nil;
+ (void)initialize
{
if (self == [Foo class]) {
sharedFoo = [[Foo alloc] init];
[sharedFoo loadUser];
}
}
+ (Foo*)sharedFoo
{
return sharedFoo;
}
</pre>
<p>
<strong>其他：</strong>
另一个喜欢的技巧写在<a href="gcd_micro.html">GCD异步访问URL的宏</a>
</p>
<h2 id="toc_1.7">TODO</h2>
<p>
需补全知识点：
</p>
<ul>
<li>
Dispatch I/O
<li>
Dispatch Barriers
<li>
Dispatch Data Objects
</ul>
<h2 id="toc_1.8">参考资料</h2>
<ul>
<li>
<a href="https://developer.apple.com/library/mac/documentation/performance/reference/gcd_libdispatch_ref/Reference/reference.html">Grand Central Dispatch (GCD) Reference</a>
<li>
<a href="https://developer.apple.com/library/mac/documentation/General/Conceptual/ConcurrencyProgrammingGuide/GCDWorkQueues/GCDWorkQueues.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008091-CH103-SW1">Dispatch Sources</a>
<li>
<a href="http://mobile.51cto.com/iphone-403490.htm">iOS中多线程原理与runloop介绍</a>
<li>
man文档:
<pre>
man dispatch
</pre>
</ul>
</div>
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