GCD详尽总结

1.GCD简介

1.1 什么是GCD

什么是 GCD 呢？我们先来看看百度百科的解释简单了解下概念

Grand Central Dispatch(GCD) 是 Apple 开发的一个多核编程的较新的解决方法。它主要用于优化应用程序以支持多核处理器以及其他对称多处理系统。它是一个在线程池模式的基础上执行的并发任务。在 Mac OS X 10.6 雪豹中首次推出，也可在 iOS 4 及以上版本使用。

• 全称是 Grand Central Dispatch
• 纯 C 语言，提供了非常多强大的函数

1.2 为什么要用 GCD 呢？

因为 GCD 有很多好处啊，具体如下：

• GCD 可用于多核的并行运算
• GCD 会自动利用更多的 CPU 内核（比如双核、四核）
• GCD 会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
• 程序员只需要告诉 GCD 想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

2. GCD的任务和队列

学习 GCD 之前，先来了解 GCD 中两个核心概念：任务和队列。

任务：就是执行操作的意思，换句话说就是你在线程中执行的那段代码。在 GCD 中是放在 block 中的。执行任务有两种方式：同步执行（sync）和异步执行（async）。两者的主要区别是：是否等待队列的任务执行结束，以及是否具备开启新线程的能力。

• 同步执行（sync）：

  • 同步添加任务到指定的队列中，在添加的任务执行结束之前，会一直等待，直到队列里面的任务完成之后再继续执行。
  • 只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。

• 异步执行（async）：

  • 异步添加任务到指定的队列中，它不会做任何等待，可以继续执行任务。
  • 可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。

注意：异步执行（async）虽然具有开启新线程的能力，但是并不一定开启新线程。这跟任务所指定的队列类型有关（下面会讲）。

队列（Dispatch Queue）：这里的队列指执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列。队列是一种特殊的线性表，采用FIFO（先进先出）的原则，即新任务总是被插入到队列的末尾，而读取任务的时候总是从队列的头部开始读取。每读取一个任务，则从队列中释放一个任务。队列的结构可参考下图：

队列示意图.png

在 GCD 中有两种队列：串行队列和并发队列。两者都符合 FIFO（先进先出）的原则。两者的主要区别是：执行顺序不同，以及开启线程数不同。

• 串行队列（Serial Dispatch Queue）：

  • 每次只有一个任务被执行。让任务一个接着一个地执行。（只开启一个线程，一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

• 并发队列（Concurrent Dispatch Queue）：

  • 可以让多个任务并发（同时）执行。（可以开启多个线程，并且同时执行任务）

  注意：并发队列的并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

两者具体区别如下。

串行队列.png

并发队列.png

3. GCD 的使用步骤

GCD 的使用步骤其实很简单，只有两步。

1.创建一个队列（串行队列或并发队列）
2.将任务追加到任务的等待队列中，然后系统就会根据任务类型执行任务（同步执行或异步执行）

下边来看看队列的创建方法/获取方法，以及任务的创建方法。

3.1 队列的创建方法/获取方法

• 可以使用dispatch_queue_create来创建队列，需要传入两个参数，第一个参数表示队列的唯一标识符，用于DEBUG，可为空，Dispatch Queue 的名称推荐使用应用程序 ID 这种逆序全程域名；第二个参数用来识别是串行队列还是并发队列。DISPATCH_QUEUE_SERIAL 表示串行队列，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 表示并发队列。

// 串行队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 并发队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

• 对于串行队列，GCD 提供了的一种特殊的串行队列：主队列（Main Dispatch Queue）。
  • 所有放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行。
  • 可使用dispatch_get_main_queue()获得主队列。

// 主队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

• 对于并发队列，GCD 默认提供了全局并发队列（Global Dispatch Queue）。
  • 可以使用dispatch_get_global_queue来获取。需要传入两个参数。第一个参数表示队列优先级，一般用DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT。第二个参数暂时没用，用0即可。

// 全局并发队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

3.2 任务的创建方法

GCD 提供了同步执行任务的创建方法dispatch_sync和异步执行任务创建方法dispatch_async。

// 同步执行任务创建方法
dispatch_sync(queue, ^{
    // 这里放同步执行任务代码
});
// 异步执行任务创建方法
dispatch_async(queue, ^{
    // 这里放异步执行任务代码
});

虽然使用 GCD 只需两步，但是既然我们有两种队列（串行队列/并发队列），两种任务执行方式（同步执行/异步执行），那么我们就有了四种不同的组合方式。这四种不同的组合方式是：

1.同步执行 + 并发队列
2.异步执行 + 并发队列
3.同步执行 + 串行队列
4.异步执行 + 串行队列

实际上，刚才还说了两种特殊队列：全局并发队列、主队列。全局并发队列可以作为普通并发队列来使用。但是主队列因为有点特殊，所以我们就又多了两种组合方式。这样就有六种不同的组合方式了。

5.同步执行 + 主队列
6.异步执行 + 主队列

那么这几种不同组合方式各有什么区别呢，这里为了方便，先上结果，再来讲解。你可以直接查看表格结果，然后跳过4. GCD的基本使用 。

区别	并发队列	串行队列	主队列
同步 (sync)	没有开启新线程， 串行执行任务	没有开启新线程， 串行执行任务	主线程调用：死锁卡住不执行 其他线程调用：没有开启新线程，串行执行任务
异步 (async)	有开启新线程， 并发执行任务	有开启新线程(1条)， 串行执行任务	没有开启新线程， 串行执行任务

4. GCD 的基本使用

先来讲讲并发队列的两种执行方式。

4.1 同步执行 + 并发队列

• 在当前线程中执行任务，不会开启新线程，执行完一个任务，再执行下一个任务。

/**
 * 同步执行 + 并发队列
 * 特点：在当前线程中执行任务，不会开启新线程，执行完一个任务，再执行下一个任务。
 */
- (void)syncConcurrent {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"syncConcurrent---begin");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        // 追加任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    NSLog(@"syncConcurrent---end");
}

输出结果：
2018-02-23 20:34:55.095932+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] currentThread---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:34:55.096086+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] syncConcurrent---begin
2018-02-23 20:34:57.097589+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] 1---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:34:59.099100+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] 1---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:35:01.099843+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] 2---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:35:03.101171+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] 2---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:35:05.101750+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] 3---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:35:07.102414+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] 3---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:35:07.102575+0800 YSC-GCD-demo[19892:4996930] syncConcurrent---end

从同步执行 + 并发队列中可看到：

• 所有任务都是在当前线程（主线程）中执行的，没有开启新的线程（同步执行不具备开启新线程的能力）。
• 所有任务都在打印的syncConcurrent---begin和syncConcurrent---end之间执行的（同步任务需要等待队列的任务执行结束）。
• 任务按顺序执行的。按顺序执行的原因：虽然并发队列可以开启多个线程，并且同时执行多个任务。但是因为本身不能创建新线程，只有当前线程这一个线程（同步任务不具备开启新线程的能力），所以也就不存在并发。而且当前线程只有等待当前队列中正在执行的任务执行完毕之后，才能继续接着执行下面的操作（同步任务需要等待队列的任务执行结束）。所以任务只能一个接一个按顺序执行，不能同时被执行。

5. GCD 线程间的通信

在iOS开发过程中，我们一般在主线程里边进行UI刷新，例如：点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程，比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时，需要回到主线程，那么就用到了线程之间的通讯。

/**
 * 线程间通信
 */
- (void)communication {
    // 获取全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); 
    // 获取主队列
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue(); 
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 异步追加任务
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        
        // 回到主线程
        dispatch_async(mainQueue, ^{
            // 追加在主线程中执行的任务
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        });
    });
}

输出结果：
2018-02-23 20:47:03.462394+0800 YSC-GCD-demo[20154:5053282] 1---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 20:47:05.465912+0800 YSC-GCD-demo[20154:5053282] 1---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 20:47:07.466657+0800 YSC-GCD-demo[20154:5052953] 2---{number = 1, name = main}

• 可以看到在其他线程中先执行任务，执行完了之后回到主线程执行主线程的相应操作。

GCD 的高级用法

6.1 GCD 栅栏方法：dispatch_barrier_async

• 我们有时需要异步执行两组操作，而且第一组操作执行完之后，才能开始执行第二组操作。这样我们就需要一个相当于栅栏一样的一个方法将两组异步执行的操作组给分割起来，当然这里的操作组里可以包含一个或多个任务。这就需要用到dispatch_barrier_async方法在两个操作组间形成栅栏。dispatch_barrier_async函数会等待前边追加到并发队列中的任务全部执行完毕之后，再将指定的任务追加到该异步队列中。然后在dispatch_barrier_async函数追加的任务执行完毕之后，异步队列才恢复为一般动作，接着追加任务到该异步队列并开始执行。具体如下图所示：

dispatch_barrier_async.png.png

/**
 * 栅栏方法 dispatch_barrier_async
 */
- (void)barrier {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        // 追加任务 barrier
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"barrier---%@",[NSThread currentThread]);// 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务3
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务4
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"4---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
}

输出结果：
2018-02-23 20:48:18.297745+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059274] 1---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 20:48:18.297745+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059273] 2---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 20:48:20.301139+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059274] 1---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 20:48:20.301139+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059273] 2---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 20:48:22.306290+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059274] barrier---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 20:48:24.311655+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059274] barrier---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 20:48:26.316943+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059273] 4---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 20:48:26.316956+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059274] 3---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 20:48:28.320660+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059273] 4---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 20:48:28.320649+0800 YSC-GCD-demo[20188:5059274] 3---{number = 4, name = (null)}

在dispatch_barrier_async执行结果中可以看出：

• 在执行完栅栏前面的操作之后，才执行栅栏操作，最后再执行栅栏后边的操作。
• 需要注意的是，所有任务的执行必须保证在同一个队列里，栅栏函数才有效

6.2 GCD 延时执行方法：dispatch_after

我们经常会遇到这样的需求：在指定时间（例如3秒）之后执行某个任务。可以用 GCD 的dispatch_after函数来实现。
需要注意的是：dispatch_after函数并不是在指定时间之后才开始执行处理，而是在指定时间之后将任务追加到主队列中。严格来说，这个时间并不是绝对准确的，但想要大致延迟执行任务，dispatch_after函数是很有效的。

输出结果：
2018-02-23 20:53:08.713784+0800 YSC-GCD-demo[20282:5080295] currentThread---{number = 1, name = main}
2018-02-23 20:53:08.713962+0800 YSC-GCD-demo[20282:5080295] asyncMain---begin
2018-02-23 20:53:10.714283+0800 YSC-GCD-demo[20282:5080295] after---{number = 1, name = main}

可以看出：在打印 asyncMain---begin 之后大约 2.0 秒的时间，打印了 after---{number = 1, name = main}

6.3 GCD 一次性代码（只执行一次）：dispatch_once

• 我们在创建单例、或者有整个程序运行过程中只执行一次的代码时，我们就用到了GCD的dispatch_once函数。使用dispatch_once函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次，并且即时在多线程的环境下，dispatch_once也可以保证线程安全。

/**
 * 一次性代码（只执行一次）dispatch_once
 */
- (void)once {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        // 只执行1次的代码(这里面默认是线程安全的)
    });
}

6.4 GCD 快速迭代方法：dispatch_apply

• 通常我们会用for循环遍历，但是GCD给我们提供了快速迭代的函数dispatch_apply。dispatch_apply按照指定的次数将指定的任务追加到指定的队列中，并等待全部队列执行结束。

如果是在串行队列中使用 dispatch_apply，那么就和 for 循环一样，按顺序同步执行。可这样就体现不出快速迭代的意义了。
我们可以利用并发队列进行异步执行。比如说遍历 0~5 这6个数字，for 循环的做法是每次取出一个元素，逐个遍历。dispatch_apply 可以 在多个线程中同时（异步）遍历多个数字。
还有一点，无论是在串行队列，还是异步队列中，dispatch_apply 都会等待全部任务执行完毕，这点就像是同步操作，也像是队列组中的 dispatch_group_wait方法。

/**
 * 快速迭代方法 dispatch_apply
 */
- (void)apply {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    NSLog(@"apply---begin");
    dispatch_apply(6, queue, ^(size_t index) {
        NSLog(@"%zd---%@",index, [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"apply---end");
}

输出结果：
2018-02-23 22:03:18.475499+0800 YSC-GCD-demo[20470:5176805] apply---begin
2018-02-23 22:03:18.476672+0800 YSC-GCD-demo[20470:5177035] 1---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:03:18.476693+0800 YSC-GCD-demo[20470:5176805] 0---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:03:18.476704+0800 YSC-GCD-demo[20470:5177037] 2---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:03:18.476735+0800 YSC-GCD-demo[20470:5177036] 3---{number = 5, name = (null)}
2018-02-23 22:03:18.476867+0800 YSC-GCD-demo[20470:5177035] 4---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:03:18.476867+0800 YSC-GCD-demo[20470:5176805] 5---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:03:18.477038+0800 YSC-GCD-demo[20470:5176805] apply---end

因为是在并发队列中异步执行任务，所以各个任务的执行时间长短不定，最后结束顺序也不定。但是apply---end一定在最后执行。这是因为dispatch_apply函数会等待全部任务执行完毕。

6.5 GCD 队列组：dispatch_group

有时候我们会有这样的需求：分别异步执行2个耗时任务，然后当2个耗时任务都执行完毕后再回到主线程执行任务。这时候我们可以用到 GCD 的队列组。

• 调用队列组的dispatch_group_async先把任务放到队列中，然后将队列放入队列组中。或者使用队列组的dispatch_group_enter、dispatch_group_leave组合来实现dispatch_group_async。
• 调用队列组的dispatch_group_notify回到指定线程执行任务。或者使用dispatch_group_wait回到当前线程继续向下执行（会阻塞当前线程）。

6.5.1 dispatch_group_notify

• 监听 group 中任务的完成状态，当所有的任务都执行完成后，追加任务到 group 中，并执行任务。

/**
 * 队列组 dispatch_group_notify
 */
- (void)groupNotify {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"group---begin");
    
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 等前面的异步任务1、任务2都执行完毕后，回到主线程执行下边任务
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
        NSLog(@"group---end");
    });
}

输出结果：
2018-02-23 22:05:03.790035+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183349] currentThread---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:05:03.790237+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183349] group---begin
2018-02-23 22:05:05.792721+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183654] 1---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:05:05.792725+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183656] 2---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:05:07.797408+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183656] 2---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:05:07.797408+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183654] 1---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:05:09.798717+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183349] 3---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:05:11.799827+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183349] 3---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:05:11.799977+0800 YSC-GCD-demo[20494:5183349] group---end

从dispatch_group_notify相关代码运行输出结果可以看出：当所有任务都执行完成之后，才执行dispatch_group_notifyblock中的任务。

6.5.2 dispatch_group_wait

• 暂停当前线程（阻塞当前线程），等待指定的 group 中的任务执行完成后，才会往下继续执行。

/**
 * 队列组 dispatch_group_wait
 */
- (void)groupWait {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"group---begin");
    
    dispatch_group_t group =  dispatch_group_create();
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务1
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 追加任务2
        for (int i = 0; i < 2; ++i) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        }
    });
    
    // 等待上面的任务全部完成后，会往下继续执行（会阻塞当前线程）
    dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    NSLog(@"group---end");
}

输出结果：
2018-02-23 22:10:16.939258+0800 YSC-GCD-demo[20538:5198871] currentThread---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:10:16.939455+0800 YSC-GCD-demo[20538:5198871] group---begin
2018-02-23 22:10:18.943862+0800 YSC-GCD-demo[20538:5199137] 2---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:10:18.943861+0800 YSC-GCD-demo[20538:5199138] 1---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:10:20.947787+0800 YSC-GCD-demo[20538:5199137] 2---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:10:20.947790+0800 YSC-GCD-demo[20538:5199138] 1---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:10:20.948134+0800 YSC-GCD-demo[20538:5198871] group---end

从dispatch_group_wait相关代码运行输出结果可以看出：当所有任务执行完成之后，才执行 dispatch_group_wait之后的操作。但是，使用dispatch_group_wait会阻塞当前线程。

6.5.3 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave

• dispatch_group_enter 标志着一个任务追加到 group，执行一次，相当于 group 中未执行完毕任务数+1
• dispatch_group_leave 标志着一个任务离开了 group，执行一次，相当于 group 中未执行完毕任务数-1。
• 当 group 中未执行完毕任务数为0的时候，才会使dispatch_group_wait解除阻塞，以及执行追加到dispatch_group_notify中的任务。

输出结果：
2018-02-23 22:14:17.997667+0800 YSC-GCD-demo[20592:5214830] currentThread---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:14:17.997839+0800 YSC-GCD-demo[20592:5214830] group---begin
2018-02-23 22:14:20.000298+0800 YSC-GCD-demo[20592:5215094] 1---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:14:20.000305+0800 YSC-GCD-demo[20592:5215095] 2---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:14:22.001323+0800 YSC-GCD-demo[20592:5215094] 1---{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:14:22.001339+0800 YSC-GCD-demo[20592:5215095] 2---{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:14:24.002321+0800 YSC-GCD-demo[20592:5214830] 3---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:14:26.002852+0800 YSC-GCD-demo[20592:5214830] 3---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:14:26.003116+0800 YSC-GCD-demo[20592:5214830] group---end

从dispatch_group_enter、dispatch_group_leave相关代码运行结果中可以看出：当所有任务执行完成之后，才执行dispatch_group_notify中的任务。这里的dispatch_group_enter、dispatch_group_leave组合，其实等同于dispatch_group_async。

• dispatch_barrier和dispatch_group都可以阻塞一段任务执行的作用，区别在于利用dispatch_barrier阻塞任务，所有任务的执行必须在同一个队列，而dispatch_group各个任务的执行可以在不同的队列中。

6.6GCD 信号量：dispatch_semaphore

GCD中的信号量是值Dispatch Semaphore，是持有计数的信号。类似于高速路收费站的栏杆。可以通过时，打开栏杆，不可以通过时，关闭栏杆。在Dispatch Semaphore中，使用计数来完成这个功能，计数为0时等待，不可通过。计数为1或大于1时，计数减1且不等待，可通过。

Dispatch Semaphore 提供了三个函数。

• dispatch_semaphore_create：创建一个Semaphore并初始化信号的总量
• dispatch_semaphore_signal：发送一个信号，让信号加1
• dispatch_semaphore_wait：可以使总信号量减1，当信号总量为0时就会一直等待（阻塞所在线程），否则就可以正常执行。

注意：信号量的使用前提是：想清楚你需要处理哪个线程等待（阻塞），又要哪个线程继续执行，然后使用信号量。

Dispatch Semaphore 在实际开发中主要用于：

• 保持线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务
• 保证线程安全，为线程加锁
• 控制多线程并发数量

6.6.1 Dispatch Semaphore 线程同步

我们在开发中，会遇到这样的需求：异步执行耗时任务，并使用异步执行的结果进行一些额外的操作。换句话说，相当于，将将异步执行任务转换为同步执行任务。比如说：AFNetworking 中 AFURLSessionManager.m 里面的 tasksForKeyPath: 方法。通过引入信号量的方式，等待异步执行任务结果，获取到 tasks，然后再返回该 tasks。

- (NSArray *)tasksForKeyPath:(NSString *)keyPath {
    __block NSArray *tasks = nil;
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    [self.session getTasksWithCompletionHandler:^(NSArray *dataTasks, NSArray *uploadTasks, NSArray *downloadTasks) {
        if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(dataTasks))]) {
            tasks = dataTasks;
        } else if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(uploadTasks))]) {
            tasks = uploadTasks;
        } else if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(downloadTasks))]) {
            tasks = downloadTasks;
        } else if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(tasks))]) {
            tasks = [@[dataTasks, uploadTasks, downloadTasks] valueForKeyPath:@"@unionOfArrays.self"];
        }

        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    }];

    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

    return tasks;
}

下面，我们来利用 Dispatch Semaphore 实现线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务。

/**
 * semaphore 线程同步
 */
- (void)semaphoreSync {
    
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"semaphore---begin");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    
    __block int number = 0;
    dispatch_async(queue, ^{
        // 追加任务1
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];              // 模拟耗时操作
        NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]);      // 打印当前线程
        
        number = 100;
        
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    NSLog(@"semaphore---end,number = %zd",number);
    

从 Dispatch Semaphore 实现线程同步的代码可以看到：

• semaphore---end 是在执行完 number = 100; 之后才打印的。而且输出结果 number 为 100。
  这是因为异步执行不会做任何等待，可以继续执行任务。异步执行将任务1追加到队列之后，不做等待，接着执行dispatch_semaphore_wait方法。此时 semaphore == 0，当前线程进入等待状态。然后，异步任务1开始执行。任务1执行到dispatch_semaphore_signal之后，将信号量加1，此时总信号量semaphore == 1，正在被阻塞的线程（主线程）恢复继续执行。最后打印semaphore---end,number = 100。这样就实现了线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务。

6.6.2 Dispatch Semaphore 线程安全和线程同步（为线程加锁）

线程安全：如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作（更改变量），一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

线程同步：可理解为线程A和线程B一块配合，A执行到一定程度时要依靠线程B的某个结果，于是停下来，示意B运行；B依言执行，再将结果给A；A再继续操作。

利用Dispatch Semaphore可以将信号量设置为1，这样控制并发队列只能有一条线程，相当于加锁，就能做到线程安全了。代码如下：

/**
 * 线程安全：使用 semaphore 加锁
 * 初始化火车票数量、卖票窗口(线程安全)、并开始卖票
 */
- (void)initTicketStatusSave {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"semaphore---begin");
    
    semaphoreLock = dispatch_semaphore_create(1);
    
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // queue1 代表北京火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    // queue2 代表上海火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(queue1, ^{
        [weakSelf saleTicketSafe];
    });
    
    dispatch_async(queue2, ^{
        [weakSelf saleTicketSafe];
    });
}

/**
 * 售卖火车票(线程安全)
 */
- (void)saleTicketSafe {
    while (1) {
        // 相当于加锁
        dispatch_semaphore_wait(semaphoreLock, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        
        if (self.ticketSurplusCount > 0) {  //如果还有票，继续售卖
            self.ticketSurplusCount--;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%d 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        } else { //如果已卖完，关闭售票窗口
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            
            // 相当于解锁
            dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
            break;
        }
        
        // 相当于解锁
        dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
    }
}

输出结果为：
2018-02-23 22:32:19.814232+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290531] currentThread---{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:32:19.814412+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290531] semaphore---begin
2018-02-23 22:32:19.814837+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票数：49 窗口：{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:32:20.017745+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票数：48 窗口：{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:20.222039+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票数：47 窗口：{number = 3, name = (null)}
...
2018-02-23 22:32:29.024817+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票数：4 窗口：{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.230110+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票数：3 窗口：{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.433615+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票数：2 窗口：{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.637572+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票数：1 窗口：{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.840234+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票数：0 窗口：{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:30.044960+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 所有火车票均已售完
2018-02-23 22:32:30.045260+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 所有火车票均已售完

可以看出，在考虑了线程安全的情况下，使用dispatch_semaphore机制之后，得到的票数是正确的，没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。

6.6.3 利用Dispatch Semaphore 控制多线程最大并发数

通过dispatch_semaphore_create(x)，可以设置信号量的大小，当信号量为0时线程阻塞，当信号量为1是相当于加锁，只支持单线程，当信号量>1时，则在并发队列中，多线程最大并发量即为信号量的大小。代码如下：

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    //信号量
    //总结：由于设定的信号值为3，先执行三个线程，等执行完一个，才会继续执行下一个，保证同一时间执行的线程数不超过3
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(2);
    
    //任务1
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务1");
        sleep(1);
        NSLog(@"任务1完成");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    
    //任务2
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务2");
        sleep(1);
        NSLog(@"任务2完成");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
    
    //任务3
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务3");
        sleep(1);
        NSLog(@"任务3完成");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });

2019-03-14 23:14:00.239548+0800 006---GCD最大并发数 [10655:1274967] 执行任务2
2019-03-14 23:14:00.239548+0800 006---GCD最大并发数 [10655:1274970] 执行任务1
2019-03-14 23:14:01.241032+0800 006---GCD最大并发数 [10655:1274967] 任务2完成
2019-03-14 23:14:01.241025+0800 006---GCD最大并发数 [10655:1274970] 任务1完成
2019-03-14 23:14:01.241472+0800 006---GCD最大并发数 [10655:1274969] 执行任务3
2019-03-14 23:14:02.244550+0800 006---GCD最大并发数 [10655:1274969] 任务3完成

代码中我们通过dispatch_semaphore_create(2)设置了信号量为2，在打印的日志中我们可以出现，先并发执行了任务1和任务2，等任务1或任务2完成了之后才开始执行任务3。同时运行任务只有2个，即并发线程只有2个。由此，我们可以通过设置信号量的个数，来控制线程的最大并发数。

6.7Dispatch Source

GCD中除了主要的Dispatch Queue外，还有较次要的Dispatch Source。它是BSD系内核惯有功能kqueue的包装。
kqueue是在XUN内核中发生各种事件时，在应用程序编程方执行处理的技术。其CPU负荷非常小，尽量不占用资源。kqueue可以说是应用程序处理XUN内核中发生的各种事件的方法中最优秀的一种。

dispatch source是基础数据类型，协调特定底层系统事件的处理
Dispatch source替代了异步回调函数，来处理系统相关的事件。

当你配置一个dispatch source时，你指定要监测的事件、dispatch queue、以及处理事件的代码(block或函数)。

当事件发生时，dispatch source会提交你的block或函数到指定的queue去执行和手工提交到queue的任务不同，dispatch source为应用提供连续的事件源。除非你显式地取消，dispatch source会一直保留与dispatch queue的关联。

只要相应的事件发生，就会提交关联的代码到dispatch queue去执行。
为了防止事件积压到dispatch queue，dispatch source实现了事件合并机制。 如果新事件在上一个事件处理器出列并执行之前到达，dispatch source会将新旧事件的数据合并。 根据事件类型的不同，合并操作可能会替换旧事件，或者更新旧事件的信息。

dispatch_source的类型

/*
当同一时间，一个事件的的触发频率很高，那么Dispatch Source会将这些响应以ADD的方式进行累积，然后等系统空闲时最终处理，如果触发频率比较零散，那么Dispatch Source会将这些事件分别响应。
*/
DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD        自定义的事件，变量增加
DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_OR         自定义的事件，变量OR
DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_REPLACE    自定义的事件，变量Replace
DISPATCH_SOURCE_TYPE_MACH_SEND       MACH端口发送    
DISPATCH_SOURCE_TYPE_MACH_RECV       MACH端口接收 
DISPATCH_SOURCE_TYPE_MEMORYPRESSURE  内存报警
DISPATCH_SOURCE_TYPE_PROC            进程监听,如进程的退出、创建一个或更多的子线程、进程收到UNIX信号
DISPATCH_SOURCE_TYPE_READ            IO操作，如对文件的操作、socket操作的读响应
DISPATCH_SOURCE_TYPE_SIGNAL          接收到UNIX信号时响应
DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER           定时器
DISPATCH_SOURCE_TYPE_VNODE           文件状态监听，文件被删除、移动、重命名
DISPATCH_SOURCE_TYPE_WRITE           IO操作，如对文件的操作、socket操作的写响应
DISPATCH_MACH_SEND_DEAD

6.7.1利用Dispatch Source执行自定义事件

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.totalComplete = 0;
    
    self.queue = dispatch_queue_create("com.tz.cn.cooci", 0);
    
    self.source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
    
    /**
     1: b创建source
     2: 绑定回调
     3: 触发函数
     */
    
    // runloop ---> source
    // 下面的函数是 调用封装source
    // 封装任务块 ---->  函数触发
    dispatch_sync(_queue, ^{
        
    });
    
    // 保存代码块 ---> 异步 dispatch_source_set_event_handler()
    // 封装我们需要回调的触发函数
    dispatch_source_set_event_handler(self.source, ^{
        
        NSUInteger value = dispatch_source_get_data(self.source);
        self.totalComplete += value;
        NSLog(@"进度：%.2f", self.totalComplete/100.0);
        self.progressView.progress = self.totalComplete/100.0;
    });
    
    self.isRunning     = YES;
    dispatch_resume(self.source);
    // resume (OC): dispatch_resume (c)
    // [task resume]
}

- (IBAction)didClickStartOrPauseAction:(id)sender {

    if (self.isRunning) {// 正在跑就暂停
        dispatch_suspend(self.source);
        dispatch_suspend(self.queue);// mainqueue 挂起
        self.isRunning = NO;
        [sender setTitle:@"暂停中..." forState:UIControlStateNormal];
    }else{
        dispatch_resume(self.source);
        dispatch_resume(self.queue);
        self.isRunning = YES;
        [sender setTitle:@"加载中..." forState:UIControlStateNormal];
    }
   
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{

    NSLog(@"点击开始加载");
    
    for (NSUInteger index = 0; index < 100; index++) {
        dispatch_async(self.queue, ^{
            if (!self.isRunning) {
                NSLog(@"暂停下载");
                return ;
            }
            sleep(2);

            dispatch_source_merge_data(self.source, 1);
        });
    }
}

dispatch_source_create创建的dispatch_source_t默认是出于挂起状态的。Dispatch sources are created in an inactive state.此时dispatch source会接收事件，但是不会进行处理。如要使用需用dispatch_resume来恢复。
也可以使用dispatch_suspend和dispatch_resume来暂停和恢复dispatch_source_t的事件执行

6.7.2利用Dispatch Source创建定时器

在日常开发中，如果我们需要对定时器的精度要求很高的话，可以考虑dispatch_source_t去实现 。dispatch_source_t精度很高，系统自动触发，系统级别的源。示例代码如下：

    //1.创建类型为 定时器类型的 Dispatch Source
    //1.1将定时器设置在主线程
    _timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
    //1.2设置定时器每一秒执行一次
    dispatch_source_set_timer(_timer, dispatch_walltime(NULL, 0), 1.0 * NSEC_PER_SEC, 0);
    //1.3设置定时器执行的动作
    dispatch_source_set_event_handler(_timer, ^{
        //在这里实现业务逻辑...
        NSLog(@"来打我吖！！！");
    });
    //2.启动定时器
    dispatch_resume(_timer);

上述简单代码就已经实现了定时器功能， 注意：将定时器写成属性，是因为内存管理的原因，使用了dispatch_source_create方法，这种方法GCD是不会帮你管理内存的。

 dispatch_source_create(dispatch_source_type_t type,
 uintptr_t handle,
 unsigned long mask,
 dispatch_queue_t _Nullable queue)

第一个参数：dispatch_source_type_t type为设置GCD源方法的类型，前面已经列举过了。
第二个参数：uintptr_t handle Apple的API介绍说，暂时没有使用，传0即可。
第三个参数：unsigned long mask Apple的API介绍说，使用DISPATCH_TIMER_STRICT，会引起电量消耗加剧，毕竟要求精确时间，所以一般传0即可，视业务情况而定。
第四个参数：dispatch_queue_t _Nullable queue 队列，将定时器事件处理的Block提交到哪个队列之上。可以传Null，默认为全局队列。

dispatch_source_set_timer(dispatch_source_t source,
 dispatch_time_t start,
 uint64_t interval,
 uint64_t leeway);

第二个参数：dispatch_time_t start, 定时器开始时间，类型为 dispatch_time_t，其API的abstract标明可参照dispatch_time()和dispatch_walltime()，同为设置时间，但是后者为“钟表”时间，相对比较准确，所以选择使用后者。dispatch_walltime(const struct timespec *_Nullable when, int64_t delta),参数when可以为Null，默认为获取当前时间，参数delta为增量，即获取当前时间的基础上，增加X秒的时间为开始计时时间，此处传0即可。
第三个参数：uint64_t interval，定时器间隔时长，由业务需求而定。
第四个参数：uint64_t leeway， 允许误差，此处传0即可。

dispatch_source_set_event_handler(dispatch_source_t source,
 dispatch_block_t _Nullable handler)

第二个参数：dispatch_block_t _Nullable handler，定时器执行的动作，需要处理的业务逻辑Block。

dispatch_resume(_timer)

定时器创建完成并不会运行，需要主动去触发，也就是调用上述方法。
调度源提供了源事件的处理回调，同时也提供了取消源事件处理的回调，使用非常方便。

dispatch_source_set_cancel_handler(dispatch_source_t source,
 dispatch_block_t _Nullable handler)

参考文章：

• iOS多线程：『GCD』详尽总结
• GCD
• 用dispatch_source_t写高效计时器，不担心runloop对timer的影响了
• GCD全解-10-dispatch_source-调度资源
• 何为Dispatch Sources
• GCD的主要队列与主线程