Grand Central Dispatch 小记

概述

GCD 是 iOS中一个非常重要的内容，关系到线程的分配和管理。

GCD 的一些概念

要了解GCD，你需要先了解一些与线程和同步相关的概念。

同步
在iOS中，一个应用是有一个或者多个线程组成的。这些线程都是由操作系统的调度器单独管理地。多核处理器由于有多个Core，所以很容易做到同步地，平行地（parallelism）执行多个线程，对于单核处理器，它的做法是time slicing，也就是将时间切块，然后分配给不同的线程执行。
GCD管理着一个公用的线程池。你可以把代码块添加到分配队列中，GCD会根据你的设置进行执行。
注意：GCD会根据系统的可用资源来决定多少并行数量，需要注意的是并行需要同步，但是同步并不保证并行。
队列
GCD 提供给了分配队列 (DispatchQueue) 来管理上交的任务，并且以FIFO 的方式执行他们。
DispatchQueue是线程安全的，这意味中你可以在多个线程中同时访问他们，但是你需要使用正确的 dispatch queue 和其函数。
队列可以是连续的也可以是同步的。连续的队列保证了每一个时间点只有一个任务在被执行。
而同步队列这允许多个任务同时进行。他们被执行的顺序就是他们被添加的顺序。但是你无法知晓哪个线程先结束，也无法知道某一时间点有多少个进程在进行。

GCD 提供了三种主要类型的队列：

Main Queue ：运行在主线程，并且是连续队列。
Global Queue ：整个系统共享的同步队列。这里有四个优先级：高、默认、低和后台。后台优先级是IO级的。
Custom Queue ：自定义队列，可以是连续的，也可以是同步的。他们事实上是由某一些Global Queue来进行处理的。

在创建线程的时候，你需要先了解服务质量（Quality of Service）。

用户交互：更新UI必须放在主线程。
用户初始化：这些任务是在UI中被初始化的，并且可以被异步执行。但由于可能用户很快就需要这些任务完成，所以他们的优先级很高。
实用性：这些任务一般需要较长的时间，所以会显示进度条。通常用来计算、I/O操作、网络请求和其他一些不需要用户操作而对时间不敏感的任务。这些会被分离配到低优先级。
后台：这些任务用户是察觉不到的。可以用来预取数据和维护。

异步和同步

使用GCD，你可以分配任务为异步或者是同步的。
同步函数会在函数执行完之后才返回。
而异步函数则会立刻返回，不会等到代码块执行完成之后再返回。
也就是说异步函数不会阻塞当前的线程。

管理任务

你可以把每一个block当成一个单独的任务。闭包是自持有的、可被调用的代码块，并且可以被传递。
你上交给DispatchQueue的任务会被包装成DispatchWorkItem。你也可以改变它的行为。
例如图片加载的时候，可以把图片加载的任务放到后台进程中去，等到图片加载完成了之后再回到主线程中更新显示图片。例如下面的原始代码是：

# 加载图片
let overlayImage = faceOverlayImageFromImage(image)
# 显示图片
fadeInNewImage(overlayImage)

加入GCD之后就成为了：

DispatchQueue.global(qos: .userInitiated).async { 
# 在其他线程中加载图片
  let overlayImage = self.faceOverlayImageFromImage(self.image)
  DispatchQueue.main.async { // 2
# 图片加载完成之后， 在主线程中进行显示。
    self.fadeInNewImage(overlayImage) // 3
  }
}

注意：更新UIKit 的类时，一定要在主线程中进行。

总结一下：

Main Queue：一般用来更新UI。经常把这个Queue 放到其他的Queue 的闭包当中，也就是说，等到其他非UI的费时操作完成之后，在主线程更新UI。
Global Queue：一般用来执行非UI的后台操作，比如运算要求比较高的，或者网络请求。
Custom Serial Queue：可以用来执行序列化的自定义任务。

延时操作

由于某些需求，你可以在一定的延迟之后执行某些操作，GCD提供了asyncAfter的方法。

let delayInSeconds = 1.0 // 1
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + delayInSeconds) { // 2
# action
}

管理单例

单例模式并不是线程安全的，特别是当多个线程同时操作一个单例的时候，很容易出现数据不同步的问题。
这里有两个例子需要考虑，一个是初始化单例的时候，另一个是读写单例的时候。

初始化单例比较简单，因为Swift 初始化全局变量的时候是在单例第一次被访问的时候，并且保证了它们的初始化时原子性的。所以初始化化方面不用担心。
读写问题。也就是读写锁。解决办法是使用 barrier，当在异步操作的时候，可以将线程的 flags 设置成 barrier 来阻塞其他后面的任务（需要等到目标任务完成了才能接着进行）。也就是说在 barrier 期间，线程相当于序列化的，执行完 barrier 之后又是并发进行的了。代码：

func addPhoto(_ photo: Photo) {
  concurrentPhotoQueue.async(flags: .barrier) { // 阻断其他任务
    self._photos.append(photo) // 2
    DispatchQueue.main.async { // 主线程中更新UI
      self.postContentAddedNotification()
    }
  }
}

有时候在需要立即返回数据或者之后的操作时要依赖于前面的数据的时候，我们就需要使用 sync，但是 sync也有一个问题就是容易卡住当前线程，比如网络请求。下面列举了在不同线程中sync的使用。

Mian Queue ：在主线程中使用 sync要很小心，因为主线程是一直在执行地，这意味着如果你在主线程中使用 sync，而恰好这段时间有任务在主线程中执行，就会阻塞主线程。因为 sync 的代表的就是要执行完 block 才能接着往下执行。
Global Queue : 在这里 sync 会是一个很好的选择。当你需要等待一些任务完成之后，再接着执行其他操作的时候。
Custom Serial Queue ：这里也要很小心，当你在一个线程里面运行的时候，同时又在同一线程中使用 sync，那么就一定会导致死锁的出现。

相关的博客：
GCD各种类的介绍：[http://www.jianshu.com/p/fc78dab5736f]