Objective-C之Grand Central Dispatch

一、GCD概要

什么是GCD

GCD，全称Grand Central Dispatch，中文称为大中枢派发，是异步执行任务的技术之一。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。由于线程管理是作为系统的一部分来实现的，因此可统一管理，也可执行任务，这样效率更高。GCD由C语言实现，并使用block定义任务。

GCD的优势

• GCD是苹果公司为多核的并行运算提供支持的解决方案
• GCD会自动利用更多的CPU内核
• GCD会自动管理线程的生命周期（创建、调度、销毁）
• 开发者只需要告诉GCD要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

GCD注意点

• GCD对应的库为libdispatch.dylib，系统会自动导入该库，故不需要手动导入就可以使用GCD功能。
• GCD是C语言实现的，因此在编写GCD相关代码时涉及的是函数而不是方法。
• GCD中的函数大部分都以dispatch开头。
• GCD不支持任务依赖
• GCD已开始的任务不能取消

GCD相关的核心概念

• Dispatch Queue：队列（FIFO，先进先出）
• Dispatch Block：任务（使用Block块定义操作任务）
• Synchronous同步：在当前线程执行任务Block，执行完成才继续往下执行
• Asynchronous异步：在另一线程中执行任务Block，队列将任务Block派发到另一线程后继续往下执行
• Serial串行：以FIFO顺序执行队列中一个任务时，必须等待上一个任务执行完成才能开始
• Concurrent并发：以FIFO顺序执行队列中任务时，无需等待上一个任务执行完成就能开始
• Dispatch Group
• Dispatch Semaphore
• Dispatch IO
• Dispatch Source

二、GCD的API

dispatch_queue_create

该函数有两个参数，第一个用于指定队列名称（注意参数类型为char *，而非NSString），第二个用于指定队列类型，传NULL时默认为串行，返回值类型为dispatch_queue_t。该函数创建的队列优先级为 DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT（默认中等优先级）。

创建串行队列

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.test.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

注意点：

• 一个串行队列派发任务Block时，系统生成并使用一个新线程。
• 串行队列同时只能执行一个任务Block。
• 由于每个串行队列都会生成一个线程，因此串行队列的个数必须限制，否则线程过多会消耗大量内存，引起大量上下文切换，大幅降低系统性能。
• 在可能发生数据资源竞争的情况下，可以使用串行队列，否则应使用并发队列。

创建并发队列

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.test.concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

注意点：

• 一个并发队列派发任务Block时，派发到哪个线程及是否要生成新线程均由操作系统决定，线程个数总保持在系统限制范围内。
• 并发队列同时可以执行多个任务Block，每个任务可能在不同线程中执行。
• 并发队列适用于无数据资源竞争的场合

获取系统提供的标准的Dispatch Queue

• Main Dispatch Queue：主队列，串行队列，主线程中执行任务。
• Global Dispatch Queue：全局派发队列，并发队列。分为四种优先级：高优先级High、中等优先级Default、低优先级Low、后台优先级Background。

dispatch_release、dispatch_retain

在OS X 10.8和iOS 6.0之前，由于dispatch_queue并没有像Block那样被作为系统对象进行管理，故生成的dispatch_queue必须手动调用dispatch_retain持有、dispatch_release释放。在OS X 10.8和iOS 6.0之后，无需调用手动调用dispatch_release和dispatch_retain。

dispatch_get_main_queue

该函数用于获取系统主队列，不带参数，返回值类型为dispatch_queue_t。

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

dispatch_get_global_queue

该函数用于获取系统全局队列，带两个参数，第一个用于指定优先级类型，第二个为保留参数，一般传0即可，返回值类型为dispatch_queue_t。

dispatch_queue_t highGlobalQueue =         dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);
dispatch_queue_t defaultGlobalQueue =     dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_queue_t lowGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);
dispatch_queue_t backgroundGlobalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0);

dispatch_set_target_queue

该函数用于改变队列的优先级，带两个参数，第一个为要修改优先级的队列（注意不能是主队列或全局队列），第二个为目标优先级对应的全局队列。比如下面的代码，自己创建的队列不管是串行还是并发的，优先级默认都是中等，通过该函数队列的优先级变为后台优先级。使用该函数后，队列构成一个执行层次结构。

dispatch_queue_t mySerialQueue = dispatch_queue_create("com.test.mySerialQueue", NULL);
dispatch_set_target_queue(mySerialQueue, backgroundGlobalQueue);

dispatch_time

该函数用于计算相对时间，带两个参数，第一个指定起始时间，第二个指定从起始时间开始后的纳秒数。一秒等于 NSEC_PER_SEC（10^9）纳秒。比如下面代码获取从当前时间开始1秒后的时间：

dispatch_time_t  relativeTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1 * NSEC_PER_SEC));

dispatch_walltime

该函数用于计算绝对时间，带两个参数，第一个指定struct timespec类型的时间，第二个参数指定一个时间偏移量，单位为纳秒。比如下面的代码获取从2021年11月11日11时11分11秒向后偏移1秒的时间：

NSString *str=@" 2011-11-11 11:11:11";
NSDateFormatter *dateFormatter = [[NSDateFormatter alloc] init];
dateFormatter.dateFormat = @"yyyy-MM-dd HH:mm:ss";
NSDate *date=[dateFormatter dateFromString:str];
NSTimeInterval interval = [date timeIntervalSince1970];
double second, subsecond;
subsecond = modf(interval, &second);
struct timespec when;
when.tv_sec = second;
when.tv_nsec = subsecond * NSEC_PER_SEC;
dispatch_time_t absoluteTime = dispatch_walltime(&when, (int64_t)(1 * NSEC_PER_SEC));

dispatch_after

该函数实现在指定时间后将任务追加到指定队列中（注意不是在指定时候后执行任务），适用于延迟执行且对延时时间要求不太严格的场合，带两个参数，第一个指定延时时间，类型为dispatch_time_t，第二个参数指定任务执队列，类型为dispatch_queue_t。比如下面代码分别使用相对时间和绝对时间延时执行任务：

dispatch_after(relativeTime, dispatch_get_main_queue(), ^{
   //task
});
dispatch_after(absoluteTime, dispatch_get_main_queue(), ^{
   //task
});

dispatch_sync

该函数用于将任务同步地追加到指定队列中，带两个参数，第一个参数指定队列，第二个参数指定任务。
dispatch_sync(concurrentQueue, ^{ NSLog(@"task"); });
注意，如果当前正在串行队列的线程上执行，此时向该串行队列中同步地追加任务时会导致死锁。比如在主线程中执行以下代码将导致死锁：
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@“死锁，这里永远不会被执行"); });

dispatch_async

该函数用于将任务异步地追加到指定队列中，带两个参数，第一个参数指定队列，第二个参数指定任务。

dispatch_async(concurrentQueue, ^{ NSLog(@"task"); });

dispatch_barrier_sync

该函数的作用是等待指定队列上的任务全部执行完成后，再将指定的任务添加到队列中，待该任务同步执行完成后，队列恢复后续执行。带两个参数，第一个指定队列，第二个参数指定任务，该任务叫barrier block，像栅栏一样将队列中之前和之后提交的任务分隔开。

dispatch_barrier_sync(concurrentQueue, ^{ NSLog(@"task"); });

dispatch_barrier_async

该函数的作用是等待指定队列上的任务全部执行完成后，再将指定的任务添加到队列中，待该任务异步执行完成后，队列恢复后续执行。带两个参数，第一个指定队列，第二个参数指定任务，该任务叫barrier block，像栅栏一样将队列中之前和之后提交的任务分隔开。

dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{ NSLog(@"task"); });

dispatch_group_create

该函数用于创建Dispatch Group，该函数不带参数，返回类型为dispatch_group_t。

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

dispatch_group_async

该函数用于将任务异步地追加到队列中，并指定任务所属的Dispatch Group，带三个参数，第一个指定任务所属的group，第二个指定队列，第三个为任务。

dispatch_group_async(group, concurrentQueue, ^{ NSLog(@"task"); });

dispatch_group_wait

该函数用于等待group中所有任务执行完成，带两个参数，第一个指定group，第二指定等待超时时间。以下代码中DISPATCH_TIME_FOREVER表示永久等待：

dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);

dispatch_group_enter

该函数用于显式地标记一个任务已加入到group中，如果任务是不用dispatch_group_async方式加入到group时，就需要调用该方法。带一个参数group。

dispatch_group_enter(group);

dispatch_group_leave

该函数用于显式地标记group中的一个任务已完成，如果任务是不用dispatch_group_async方式加入到group时，就需要调用该方法。带一个参数group。

dispatch_group_leave(group);

dispatch_group_notify

该函数的作用是在group中的任务全部执行完成后，向队列追加一个任务并异步执行。带三个参数，第一个指定group，第二个指定队列，第三个指定要追加的任务。

dispatch_group_notify(group, concurrentQueue, ^{ NSLog(@“group中任务全部执行完成后执行这里"); });

dispatch_apply

该函数按指定次数将指定的任务追加到指定的队列中，并等待全部任务执行结束。带三个参数，第一个指定次数，第二个执行队列，第三个指定任务。

dispatch_apply(10, concurrentQueue, ^(size_t index) {
     NSLog(@"%zu", index);
});

dispatch_suspend

该函数用于暂停队列中尚未开始执行的任务，带一个参数指定队列。

dispatch_suspend(concurrentQueue);

dispatch_resume

该函数用于恢复执行队列中尚未开始执行的任务，带一个参数指定队列。

dispatch_resume(concurrentQueue);

dispatch_once

该函数用于实现在应用程序生命周期只执行一次指定任务，带两个参数，第一个指定token，第二个参数指定任务。

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
   //code to be executed once
});

dispatch_semaphore_create

该函数用于创建计数信号，带一个参数，指定计数信号初始值。返回值类型为dispatch_semaphore_t。

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);

dispatch_semaphore_wait

该函数的作用是等待指定的计数信号计数值大于等于1。如果计数信号值小于1，就一直等待，当计数信号值大于等于1时，将信号值减去1后，继续往下执行。带两个参数，第一个指定计数信号，第二个指定超时时间，DISPATCH_TIME_FOREVER表示永久等待。返回值类型为long，返回0表示等待成功，非零表示等待超时。

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

dispatch_semaphore_signal

该函数的作用是将指定计数信号值加1，带一个参数指定计数信号。

dispatch_semaphore_signal(semaphore);

Dispatch I/O相关函数

略。