Swift3 GCD的基本用法（一） - 任务和队列、服务优先级、信号量

本文代码：https://github.com/NinoWang/MultithreadingDemo/tree/master

多线程的知识，网上有无数文章来讲述，但真正理解起来还是有点绕的，还是要靠实践才能真正理解，本文以代码为主，少量叙述为辅和大家来捋一下。建议直接下载源码进行理解，不理解的地方在来文章里找答案。话少说，开捋。

基本概念

说到GCD，通常与相似功能的Operation Queue进行比较理解。

GCD是使用C语言构成的API，而Operation Queue是具体的Objc对象；GCD是使用block的形式管理队列中的任务，而Operation Queue是直接把队列和任务作为具体的对象进行操作。

任务和队列

任务分为同步任务（sync）和异步任务（async）两种。

两者的区别在于，异步任务具备开辟新线程的能力，而同步任务不具备该能力。

队列是执行任务的容器，遵循先进先出（FIFO）的原则，GCD中队列分为串行队列（Serial Dispatch Queue）和并发队列（Concurrent Dispatch Queue）两种。

两者的区别在于，并发队列可以同时执行多个任务（自动开启多个线程），而串行队列只能按顺序逐个执行任务。

另外还有两个特殊的子分类的队列：全局队列（global queue）和主队列（main queue）。

全局队列：并发队列的一种，用来执行较耗时的操作。

主队列：串行队列的一种，只能在主线程中进行，只有主线程空闲的时候才能被执行，用来刷新UI。

可以说GCD中所有场景都是围绕两种任务和两种队列来实现的，不同任务和队列的排列组合：

并发队列异步任务

func conAsync() {
        let concurrentQueue = DispatchQueue(label: "Concurrent", attributes: .concurrent)
        for i in 0...10 {
            concurrentQueue.async {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

结果为无序

串行队列异步任务

func serAsync() {
        let serialQueue = DispatchQueue(label: "Serial")
        for i in 0...10 {
            serialQueue.async {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

结果为有序

主队列异步任务

func mainAsync() {
        let mainQueue = DispatchQueue.main
        for i in 0...10 {
            mainQueue.async {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

结果为有序

全局队列异步任务

func globalAsync() {
        let globalQueue = DispatchQueue.global()
        for i in 0...10 {
            globalQueue.async {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

结果为无序

并发队列同步任务

func conSync() {
        let concurrentQueue = DispatchQueue(label: "Concurrent", attributes: .concurrent)
        for i in 0...10 {
            concurrentQueue.sync {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

结果为有序

串行队列同步任务

func serSync() {
        let serialQueue = DispatchQueue(label: "Serial")
        for i in 0...10 {
            serialQueue.sync {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

结果为有序

主队列同步任务

func mainSync() {
        let mainQueue = DispatchQueue.main
        for i in 0...10 {
            mainQueue.sync {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

死锁造成程序假死

全局队列同步任务

func globalSync() {
        let globalQueue = DispatchQueue.global()
        for i in 0...10 {
            globalQueue.sync {
                print("this is NO.\(i), current thread name is \(Thread.current)")
            }
        }
    }

结果为有序

线程间通讯-从子线回到主线程

iOS开发中，主线程主要用来处理UI层面的任务，诸如：点击、拖拽、滚动等。而比较耗时的任务则放到子线程中，诸如：数据请求、文件下载上传等。这个时候就需要使用到线程之间的通讯。

let globalQueue = DispatchQueue.global()
        
        globalQueue.async {
            if let url = URL.init(string: "https://placebeard.it/200/150") {
                do {
                    let imageData = try Data(contentsOf: url)
                    let image = UIImage(data: imageData)
                    
                    DispatchQueue.main.async {
                        self.imgView.image = image
                        self.imgView.sizeToFit()
                    }
                    
                } catch {
                    print(error)
                }
            }
            
        }

服务优先级（Qos）

这里的服务优先级决定了对一个任务分配资源的大小，并非绝对的执行顺序。swift3中Qos共有6个级别，优先级从高到低依次为userInteractive、userInitiated、default、utility、background、unspecified。

func QoS() {
        // 优先级从高到低 userInteractive、userInitiated、default、utility、background、unspecified
        // 指定Qos 这里分别用三种方式指定
        // 方式1
        let userInteractiveQueue = DispatchQueue(label: "userInteractive", qos: .userInteractive)
        let defaultQueue = DispatchQueue(label: "default", qos: .default)
        let conQueue = DispatchQueue(label: "con", attributes: .concurrent)
        for i in 0...5 {
            userInteractiveQueue.async {
                print("userInteractive ====> \(i)")
            }
            
            defaultQueue.async {
                print("defaultQueue ====> \(i)")
            }
            
            // 方式2
            DispatchQueue.global(qos: .unspecified).async {
                print("unspecified ====> \(i)")
            }
            DispatchQueue.global(qos: .userInitiated).async {
                print("userInitiated ====> \(i)")
            }
            
            // 方式3
            conQueue.async(qos: .utility) {
                print("utility ====> \(i)")
            }
            conQueue.async(qos: .background) {
                print("background ====> \(i)")
            }
        }
    }

信号量（semaphore）

先看下百度百科的描述信号量的例子：

以一个停车场的运作为例。简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆直接进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入外面的一辆进去，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。

在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。

简单来说，信号量起到对多线程调用资源的监管作用。

DispatchSemaphore(value:)：用于创建信号量，可以指定初始化信号量计数值，这里我们默认1。

semaphore.wait()：会判断信号量，如果为1，则往下执行。如果是0，则等待。

semaphore.signal()：代表运行结束，信号量加1，有等待的任务这个时候才会继续执行。

func semaphore() {
        let semaphore = DispatchSemaphore(value: 1)
        for i in 0...10 {
            DispatchQueue.global().async {
                semaphore.wait()
                print("\(i)")
                
                semaphore.signal()
            }
        }
    }

续篇：Swift3 GCD的基本用法（二） - 队列的循环/挂起/恢复、其他常用方法