多线程

https://github.com/iOS-Mayday/heji/blob/main/GCD%E9%9D%A2%E8%AF%95%E8%A6%81%E7%82%B9.md

一、线程概述

有些程序是一条直线，起点到终点——如简单的hello world，运行打印完，它的生命周期便结束了，像昙花一现。

有些程序是一个圆，直到循环将它切断——像操作系统，一直运行，直到你关机。

一个运行着的程序就是一个进程或者叫做一个任务，一个进程至少包含一个线程，线程就是程序的执行流。

Mac和IOS中的程序启动，创建好一个进程的同时，一个线程便开始运作，这个线程叫做主线程。主线程在程序中的位置和其他线程不同，它是其他线程最终的父线程，且所有的界面的显示操作即AppKit或UIKit的操作必须在主线程进行。

系统中每一个进程都有自己独立的虚拟内存空间，而同一个进程中的多个线程则公用进程的内存空间。

每创建一个新的进程，都需要一些内存（如每个线程有自己的stack空间）和消耗一定的CPU时间。

当多个进程对同一个资源出现争夺的时候需要注意线程安全问题。

创建线程：创建一个新的线程就是给进程增加一个执行流，所以新建一个线程需要提供一个函数或者方法作为线程的进口。

概要提示：

iPhone中的线程应用并不是无节制的，官方给出的资料显示，iPhone OS下的主线程的堆栈大小是1M，第二个线程开始就是512KB，并且该值不能通过编译器开关或线程API函数来更改，只有主线程有直接修改UI的能力。

二、简介

iOS有三种多线程编程的技术，分别是：

（一）NSThread

（二）Cocoa NSOperation

（三）GCD（全称：Grand Central Dispatch）

这三种编程方式从上到下，抽象度层次是从低到高的，抽象度越高的使用越简单，也是Apple最推荐使用的。

三、三种方式的优缺点

1）NSThread:

优点：NSThread 比其他两个轻量级

缺点：需要自己管理线程的生命周期，线程同步。线程同步对数据的加锁会有一定的系统开销。

NSThread实现的技术有下面三种：

一般使用cocoa thread 技术。

2）Cocoa NSOperation

优点：不需要关心线程管理，数据同步的事情，可以把精力放在自己需要执行的操作上。

Cocoa operation 相关的类是 NSOperation ，NSOperationQueue。

NSOperation是个抽象类，使用它必须用它的子类，可以实现它或者使用它定义好的两个子类：NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation。

创建NSOperation子类的对象，把对象添加到NSOperationQueue队列里执行。

3）GCD

Grand Central Dispatch (GCD)是Apple开发的一个多核编程的解决方法。在iOS4.0开始之后才能使用。

GCD是一个替代诸如NSThread, NSOperationQueue, NSInvocationOperation等技术的很高效和强大的技术。现在的iOS系统都升级到7了，所以不用担心该技术不能使用。

线程之间的通讯：

利用NSObject的一些类方法就可以做到。

在应用程序主线程中做事情：

1- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait；2- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array；

在指定线程中做事情：

1- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait；2- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array；

在当前线程中做事情：

1- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay；2- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray *)array;

取消发送给当前线程的某个消息:

1 cancelPreviousPerformRequestsWithTarget: 2 cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

四、三种编程技术的使用

（一）NSThread的使用

NSThread有两种创建方式：

1- (id)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)selectorobject:(id)argument 2+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)aSelector toTarget:(id)aTarget withObject:(id)anArgument

第一个是实例方法，第二个是类方法。使用方式如下：

11、[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(doSomething:) toTarget:self withObject:nil]; 232、NSThread* myThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self 4 selector:@selector(doSomething:) 5object:nil]; 6[myThread start];

参数的意义：

selector:线程执行的方法，这个selector只能有一个参数，而且不能有返回值。

target:selector消息发送的对象

object:传输给target的唯一参数，也可以是nil

第一种方式会直接创建线程并且开始运行线程，第二种方式是先创建线程对象，然后再运行线程操作，在运行线程操作前可以设置线程的优先级等线程信息。

不显式创建线程的方法：

1 [Obj performSelectorInBackground:@selector(doSomething) withObject:nil];

下载图片的例子：

新建SingleViewApp项目，并在xib文件上放置一个imageView控件。按住control键拖到viewController.h文件中创建imageView IBOutlet ViewController.m中实现：

Code

线程间通讯

线程下载完图片后怎么通知主线程更新界面呢？

1 [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:) withObject:image waitUntilDone:YES];

performSelectorOnMainThread是NSObject的方法，除了可以更新主线程的数据外，还可以更新其他线程的比如：

1 performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:

运行下载图片:

线程同步

我们演示一个经典的卖票的例子来讲NSThread的线程同步：

1#import 2 3@class ViewController; 4 5@interfaceAppDelegate : UIResponder 6{ 7int tickets; 8int count; 9NSThread* ticketsThreadone; 10NSThread* ticketsThreadtwo; 11NSCondition* ticketsCondition; 12NSLock *theLock; 13} 14@property (strong, nonatomic) UIWindow *window; 1516@property (strong, nonatomic) ViewController *viewController; 1718@end

1- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions 2{ 3 4tickets =100; 5count =0; 6theLock = [[NSLock alloc] init]; 7// 锁对象 8ticketsCondition = [[NSCondition alloc] init]; 9ticketsThreadone = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run)object:nil]; 10[ticketsThreadone setName:@"Thread-1"]; 11 [ticketsThreadone start];1213ticketsThreadtwo = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run)object:nil]; 14[ticketsThreadtwo setName:@"Thread-2"]; 15 [ticketsThreadtwo start]; 1617self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:[[UIScreen mainScreen] bounds]]; 18// Override point for customization after application launch. 19self.viewController = [[ViewController alloc] initWithNibName:@"ViewController" bundle:nil]; 20self.window.rootViewController = self.viewController; 21 [self.window makeKeyAndVisible]; 22return YES; 23} 2425- (void)run{ 26while (TRUE) { 27// 上锁 28// [ticketsCondition lock]; 29[theLocklock]; 30if(tickets >=0){ 31[NSThread sleepForTimeInterval:0.09]; 32count =100- tickets; 33NSLog(@"当前票数是:%d,售出:%d,线程名:%@",tickets,count,[[NSThread currentThread] name]); 34tickets--; 35}else{ 36break; 37 } 38 [theLock unlock]; 39// [ticketsCondition unlock]; 40 } 41}

如果没有线程同步的lock，卖票数可能是-1.加上lock加上lock之后线程同步保证了数据的正确性。

上面例子我使用了两种锁，一种NSCondition ，一种是：NSLock。 NSCondition我已经注释了。

线程的顺序执行

他们都可以通过[ticketsCondition signal]; 发送信号的方式，在一个线程唤醒另外一个线程的等待。比如：

View Code

wait是等待，我加了一个线程3 去唤醒其他两个线程锁中的wait

其他同步

我们可以使用指令 @synchronized 来简化 NSLock的使用，这样我们就不必显示编写创建NSLock,加锁并解锁相关代码。

1- (void)doSomeThing:(id)anObj 2{ 3 @synchronized(anObj) 4 { 5// Everything between the braces is protected by the @synchronized directive. 6 } 7}

还有其他的一些锁对象，比如：循环锁NSRecursiveLock，条件锁NSConditionLock，分布式锁NSDistributedLock等等，可以自己看官方文档学习。

NSThread下载图片的例子代码：http://download.csdn.net/detail/totogo2010/4591149

（二）Cocoa Operation的使用

NSOperation实例封装了需要执行的操作和执行操作所需的数据，并且能够以并发或非并发的方式执行这个操作。NSOperation本身是抽象基类，因此必须使用它的子类，使用NSOperation子类的方式有2种：

1> Foundation框架提供了两个具体子类直接供我们使用:NSInvocationOperation和NSBlockOperation

2> 自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

执行操作：

NSOperation调用start方法即可开始执行操作，NSOperation对象默认按同步方式执行,也就是在调用start方法的那个线程中直接执行。NSOperation对象的isConcurrent方法会告诉我们这个操作相对于调用start方法的线程,是同步还是异步执行。isConcurrent方法默认返回NO,表示操作与调用线程同步执行。

取消操作：

operation开始执行之后, 默认会一直执行操作直到完成，我们也可以调用cancel方法中途取消操作。

1 [operation cancel];

监听操作的执行：

如果我们想在一个NSOperation执行完毕后做一些事情，就调用NSOperation的setCompletionBlock方法来设置想做的事情。

1operation.completionBlock = ^() { 2NSLog(@"执行完毕"); 3};45或者67[operation setCompletionBlock:^() { 8NSLog(@"执行完毕"); 9}];

1）NSInvocationOperation

基于一个对象和selector来创建操作。如果你已经有现有的方法来执行需要的任务,就可以使用这个类。

创建并执行操作：

1// 这个操作是：调用self的run方法2NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run)object:nil];3// 开始执行任务(同步执行)4[operation start];

例子：

这里同样，我们实现一个下载图片的例子。新建一个Single View app，拖放一个ImageView控件到xib界面。

实现代码如下：

1#import"ViewController.h" 2#definekURL @"http://avatar.csdn.net/2/C/D/1_totogo2010.jpg" 3 4@interface ViewController () 5 6@end 7 8@implementation ViewController 910- (void)viewDidLoad 11{ 12 [super viewDidLoad]; 13NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self 14 selector:@selector(downloadImage:) 15object:kURL]; 1617NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init]; 18 [queue addOperation:operation]; 19// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib. 20} 2122-(void)downloadImage:(NSString *)url{ 23NSLog(@"url:%@", url); 24NSURL *nsUrl = [NSURL URLWithString:url]; 25NSData *data = [[NSData alloc]initWithContentsOfURL:nsUrl]; 26UIImage * image = [[UIImage alloc]initWithData:data]; 27 [self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:) withObject:image waitUntilDone:YES]; 28} 2930-(void)updateUI:(UIImage*) image{ 31self.imageView.image = image; 32}

代码注释：

1.viewDidLoad方法里可以看到我们用NSInvocationOperation建了一个后台线程，并且放到NSOperationQueue中。后台线程执行downloadImage方法。

2.downloadImage 方法处理下载图片的逻辑。下载完成后用performSelectorOnMainThread执行主线程updateUI方法。updateUI 并把下载的图片显示到图片控件中。

运行可以看到下载图片显示在界面上。

2）NSBlockOperation

能够并发地执行一个或多个block对象，所有相关的block都执行完之后,操作才算完成。

创建并执行操作：

1NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^(){2NSLog(@"执行了一个新的操作，线程：%@", [NSThread currentThread]);3}];4// 开始执行任务(这里还是同步执行)5[operation start];

通过addExecutionBlock方法添加block操作：

1NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^(){ 2 NSLog(@"执行第1次操作，线程：%@", [NSThread currentThread]); 3}]; 4 5[operation addExecutionBlock:^() { 6 NSLog(@"又执行了1个新的操作，线程：%@", [NSThread currentThread]); 7}]; 8 9[operation addExecutionBlock:^() {10 NSLog(@"又执行了1个新的操作，线程：%@", [NSThread currentThread]);11}];1213[operation addExecutionBlock:^() {14 NSLog(@"又执行了1个新的操作，线程：%@", [NSThread currentThread]);15}];1617// 开始执行任务18[operation start];

打印信息如下：

12013-02-0221:38:46.102thread[4602:c07] 又执行了1个新的操作，线程：{name = (null), num =1}22013-02-0221:38:46.102thread[4602:3f03] 又执行了1个新的操作，线程：{name = (null), num =5}32013-02-0221:38:46.102thread[4602:1b03] 执行第1次操作，线程：{name = (null), num =3}42013-02-0221:38:46.102thread[4602:1303] 又执行了1个新的操作，线程：{name = (null), num =4}

可以看出，这4个block是并发执行的，也就是在不同线程中执行的，num属性可以看成是线程的id。

3）自定义NSOperation

如果NSInvocationOperation和NSBlockOperation对象不能满足需求, 你可以直接继承NSOperation, 并添加任何你想要的行为。继承所需的工作量主要取决于你要实现非并发还是并发的NSOperation。定义非并发的NSOperation要简单许多,只需要重载-(void)main这个方法，在这个方法里面执行主任务,并正确地响应取消事件; 对于并发NSOperation, 你必须重写NSOperation的多个基本方法进行实现（这里暂时先介绍非并发的NSOperation）。

非并发的NSOperation：

比如叫做DownloadOperation，用来下载图片。

1> 继承NSOperation，重写main方法，执行主任务

DownloadOperation.h

1#import 2@protocol DownloadOperationDelegate; 3 4@interface DownloadOperation : NSOperation 5// 图片的url路径 6@property (nonatomic, copy) NSString *imageUrl; 7// 代理 8@property (nonatomic, retain)iddelegate; 910- (id)initWithUrl:(NSString *)urldelegate:(id)delegate;11@end1213// 图片下载的协议14@protocolDownloadOperationDelegate 15- (void)downloadFinishWithImage:(UIImage *)image;16@end

DownloadOperation.m

1#import"DownloadOperation.h" 2 3@implementation DownloadOperation 4@synthesizedelegate= _delegate; 5@synthesizeimageUrl = _imageUrl; 6 7// 初始化 8- (id)initWithUrl:(NSString *)urldelegate:(id)delegate { 9if(self = [super init]) {10self.imageUrl = url;11self.delegate=delegate;12 }13return self;14}15// 释放内存16- (void)dealloc {17 [super dealloc];18 [_delegate release];19 [_imageUrl release];20}2122// 执行主任务23- (void)main {24// 新建一个自动释放池，如果是异步执行操作，那么将无法访问到主线程的自动释放池25 @autoreleasepool {26// ....27 }28}29@end

2> 正确响应取消事件

operation开始执行之后,会一直执行任务直到完成,或者显式地取消操作。取消可能发生在任何时候,甚至在operation执行之前。尽管NSOperation提供了一个方法,让应用取消一个操作,但是识别出取消事件则是我们自己的事情。如果operation直接终止, 可能无法回收所有已分配的内存或资源。因此operation对象需要检测取消事件,并优雅地退出执行

NSOperation对象需要定期地调用isCancelled方法检测操作是否已经被取消,如果返回YES(表示已取消),则立即退出执行。不管是自定义NSOperation子类,还是使用系统提供的两个具体子类,都需要支持取消。isCancelled方法本身非常轻量,可以频繁地调用而不产生大的性能损失。

以下地方可能需要调用isCancelled:

* 在执行任何实际的工作之前

* 在循环的每次迭代过程中,如果每个迭代相对较长可能需要调用多次

* 代码中相对比较容易中止操作的任何地方

DownloadOperation的main方法实现如下：

1- (void)main { 2// 新建一个自动释放池，如果是异步执行操作，那么将无法访问到主线程的自动释放池 3 @autoreleasepool { 4if(self.isCancelled)return; 5 6// 获取图片数据 7NSURL *url = [NSURL URLWithString:self.imageUrl]; 8NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url]; 910if (self.isCancelled) {11url = nil;12imageData = nil;13return;14 }1516// 初始化图片17UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];1819if (self.isCancelled) {20image = nil;21return;22 }2324if([self.delegate respondsToSelector:@selector(downloadFinishWithImage:)]) {25// 把图片数据传回到主线程26[(NSObject *)self.delegate performSelectorOnMainThread:@selector(downloadFinishWithImage:) withObject:image waitUntilDone:NO];27 }28 }29}

如何控制线程池中的线程数？

队列里可以加入很多个NSOperation, 可以把NSOperationQueue看作一个线程池，可往线程池中添加操作（NSOperation）到队列中。线程池中的线程可看作消费者，从队列中取走操作，并执行它。

通过下面的代码设置：

1 [queue setMaxConcurrentOperationCount:5];

线程池中的线程数，也就是并发操作数。默认情况下是-1，-1表示没有限制，这样会同时运行队列中的全部的操作。

（三）GCD的使用

Grand Central Dispatch 简称（GCD）是苹果公司开发的技术，以优化的应用程序支持多核心处理器和其他的对称多处理系统的系统。这建立在任务并行执行的线程池模式的基础上的。它首次发布在Mac OS X 10.6 ，iOS 4及以上也可用。

GCD 是 libdispatch 的市场名称，而 libdispatch 作为 Apple 的一个库，为并发代码在多核硬件（跑 iOS 或 OS X ）上执行提供有力支持。它具有以下优点：

1.GCD 能通过推迟昂贵计算任务并在后台运行它们来改善你的应用的响应性能。

2.GCD 提供一个易于使用的并发模型而不仅仅只是锁和线程，以帮助我们避开并发陷阱。

3.GCD 具有在常见模式（例如单例）上用更高性能的原语优化你的代码的潜在能力。

先回顾几个线程相关的概念：

Serial vs. Concurrent 串行 vs. 并发

这些术语描述当任务相对于其它任务被执行，任务串行执行就是每次只有一个任务被执行，任务并发执行就是在同一时间可以有多个任务被执行。

Synchronous vs. Asynchronous 同步 vs. 异步

在 GCD 中，这些术语描述当一个函数相对于另一个任务完成，此任务是该函数要求 GCD 执行的。一个同步函数只在完成了它预定的任务后才返回。一个异步函数，刚好相反，会立即返回，预定的任务会完成但不会等它完成。因此，一个异步函数不会阻塞当前线程去执行下一个函数。

Critical Section 临界区

每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。

Race Condition 竞态条件

当两个线程竞争同一资源时，如果对资源的访问顺序敏感（即线程访问资源的顺序会导致不同的结果），就称存在竞态条件。导致竞态条件发生的代码区称作临界区。在临界区中使用适当的同步就可以避免竞态条件。

Deadlock 死锁

两个（有时更多）东西——在大多数情况下，是线程——所谓的死锁是指它们都卡住了，并等待对方完成或执行其它操作。第一个不能完成是因为它在等待第二个的完成。但第二个也不能完成，因为它在等待第一个的完成。

Thread Safe 线程安全

线程安全的代码能在多线程或并发任务中被安全的调用，而不会导致任何问题（数据损坏，崩溃，等）。线程不安全的代码在某个时刻只能在一个上下文中运行。一个线程安全代码的例子是 NSDictionary 。你可以在同一时间在多个线程中使用它而不会有问题。另一方面，NSMutableDictionary 就不是线程安全的，应该保证一次只能有一个线程访问它。

Context Switch 上下文切换

一个上下文切换指当你在单个进程里切换执行不同的线程时存储与恢复执行状态的过程。这个过程在编写多任务应用时很普遍，但会带来一些额外的开销。

Concurrency vs Parallelism 并发与并行

并发行和并行性的区别可以用馒头做比喻。前者相当于一个人同时吃三个馒头和三个人同时吃一个馒头。

并发性（Concurrence）：指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生。并发的实质是物理CPU(也可以多个物理CPU) 在若干道程序之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。

并行性（parallelism）指两个或两个以上事件或活动在同一时刻发生。在多道程序环境下，并行性使多个程序同一时刻可在不同CPU上同时执行。

区别：一个处理器同时处理多个任务和多个处理器或者是多核的处理器同时处理多个不同的任务。

前者是逻辑上的同时发生（simultaneous），而后者是物理上的同时发生。

两者的联系：并行的事件或活动一定是并发的，但反之并发的事件或活动未必是并行的。并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展。

Queues 队列

GCD 提供有 dispatch queues 来处理代码块，这些队列管理你提供给 GCD 的任务并用 FIFO 顺序执行这些任务。这就保证了第一个被添加到队列里的任务会是队列中第一个开始的任务，而第二个被添加的任务将第二个开始，如此直到队列的终点。

所有的调度队列（dispatch queues）自身都是线程安全的，你能从多个线程并行的访问它们。 GCD 的优点是显而易见的，即当你了解了调度队列如何为你自己代码的不同部分提供线程安全。关于这一点的关键是选择正确类型的调度队列和正确的调度函数来提交你的工作。

Serial Queues 串行队列

这些任务的执行时机受到 GCD 的控制；唯一能确保的事情是 GCD 一次只执行一个任务，并且按照我们添加到队列的顺序来执行。

由于在串行队列中不会有两个任务并发运行，因此不会出现同时访问临界区的风险；相对于这些任务来说，这就从竞态条件下保护了临界区。所以如果访问临界区的唯一方式是通过提交到调度队列的任务，那么你就不需要担心临界区的安全问题了。

Concurrent Queues 并发队列

注意 Block 1,2 和 3 都立马开始运行，一个接一个。在 Block 0 开始后，Block 1等待了好一会儿才开始。同样， Block 3 在 Block 2 之后才开始，但它先于 Block 2 完成。

在并发队列中的任务能得到的保证是它们会按照被添加的顺序开始执行，但这就是全部的保证了。任务可能以任意顺序完成，你不会知道何时开始运行下一个任务，或者任意时刻有多少 Block 在运行。再说一遍，这完全取决于 GCD 。

何时开始一个 Block 完全取决于 GCD 。如果一个 Block 的执行时间与另一个重叠，也是由 GCD 来决定是否将其运行在另一个不同的核心上，如果那个核心可用，否则就用上下文切换的方式来执行不同的 Block 。

设计：

GCD的工作原理是：让程序平行排队的特定任务，根据可用的处理资源，安排他们在任何可用的处理器核心上执行任务。

一个任务可以是一个函数(function)或者是一个block。 GCD的底层依然是用线程实现，不过这样可以让程序员不用关注实现的细节。

GCD中的FIFO队列称为dispatch queue，它可以保证先进来的任务先得到执行。

dispatch queue分为下面三种：

Serial：又称为private dispatch queues，同时只执行一个任务。Serial queue通常用于同步访问特定的资源或数据。当你创建多个Serial queue时，虽然它们各自是同步执行的，但Serial queue与Serial queue之间是并发执行的。

Concurrent：又称为global dispatch queue，可以并发地执行多个任务，但是执行完成的顺序是随机的。

Main dispatch queue：它是全局可用的serial queue，它是在应用程序主线程上执行任务的。

Queue Types 队列类型

首先，系统提供给你一个叫做主队列（main queue）的特殊队列。和其它串行队列一样，这个队列中的任务一次只能执行一个。然而，它能保证所有的任务都在主线程执行，而主线程是唯一可用于更新 UI 的线程。这个队列就是用于发生消息给 UIView 或发送通知的。

系统同时提供给你好几个并发队列。它们叫做全局调度队列（Global Dispatch Queues）。目前的四个全局队列有着不同的优先级：background、low、default 以及 high。要知道，Apple 的 API 也会使用这些队列，所以你添加的任何任务都不会是这些队列中唯一的任务。

最后，你也可以创建自己的串行队列或并发队列。这就是说，至少有五个队列任你处置：主队列、四个全局调度队列，再加上任何你自己创建的队列。

接下来我们来了解GCD的使用：

1、常用的方法dispatch_async

为了避免界面在处理耗时的操作时卡死，比如读取网络数据，IO,数据库读写等，我们会在另外一个线程中处理这些操作，然后通知主线程更新界面。

用GCD实现这个流程的操作比前面介绍的NSThread NSOperation的方法都要简单。代码框架结构如下：

1dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{ 2// 耗时的操作 3dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ 4// 更新界面 5 }); 6});

如果这样还不清晰的话，那我们还是用上两篇博客中的下载图片为例子，代码如下：

1dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0), ^{ 2NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://avatar.csdn.net/2/C/D/1_totogo2010.jpg"]; 3NSData * data = [[NSData alloc]initWithContentsOfURL:url]; 4UIImage *image = [[UIImage alloc]initWithData:data]; 5if(data != nil) { 6dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ 7self.imageView.image = image; 8 }); 9 } 10});

运行会显示下载的图片。

是不是代码比NSThread 、NSOperation简洁很多，而且GCD会自动根据任务在多核处理器上分配资源，优化程序。

系统给每一个应用程序提供了三个concurrent dispatch queues。这三个并发调度队列是全局的，它们只有优先级的不同。因为是全局的，我们不需要去创建。我们只需要通过使用函数dispath_get_global_queue去得到队列，如下：

1 dispatch_queue_t globalQ = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

这里也用到了系统默认就有一个串行队列main_queue:

1 dispatch_queue_t mainQ = dispatch_get_main_queue();

2、dispatch_group_async的使用

dispatch_group_async可以实现监听一组任务是否完成，完成后得到通知执行其他的操作。这个方法很有用，比如你执行三个下载任务，当三个任务都下载完成后你才通知界面说完成的了。下面是一段例子代码：

1dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0); 2dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); 3dispatch_group_async(group, queue, ^{ 4[NSThread sleepForTimeInterval:1]; 5NSLog(@"group1"); 6}); 7dispatch_group_async(group, queue, ^{ 8[NSThread sleepForTimeInterval:2]; 9NSLog(@"group2"); 10}); 11dispatch_group_async(group, queue, ^{ 12[NSThread sleepForTimeInterval:3]; 13NSLog(@"group3"); 14}); 15dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ 16NSLog(@"updateUi"); 17}); 18dispatch_release(group);

dispatch_group_async是异步的方法，运行后可以看到打印结果：

12012-09-2516:04:16.737gcdTest[43328:11303] group1 22012-09-2516:04:17.738gcdTest[43328:12a1b] group2 32012-09-2516:04:18.738gcdTest[43328:13003] group3 42012-09-2516:04:18.739gcdTest[43328:f803] updateUi

每隔一秒打印一个，当第三个任务执行后，upadteUi被打印。

3、dispatch_barrier_async的使用

dispatch_barrier_async是在前面的任务执行结束后它才执行，而且它后面的任务等它执行完成之后才会执行

例子代码如下：

1dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("gcdtest.rongfzh.yc", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); 2dispatch_async(queue, ^{ 3[NSThread sleepForTimeInterval:2]; 4NSLog(@"dispatch_async1"); 5}); 6dispatch_async(queue, ^{ 7[NSThread sleepForTimeInterval:4]; 8NSLog(@"dispatch_async2"); 9}); 10dispatch_barrier_async(queue, ^{ 11NSLog(@"dispatch_barrier_async"); 12[NSThread sleepForTimeInterval:4]; 1314}); 15dispatch_async(queue, ^{ 16[NSThread sleepForTimeInterval:1]; 17NSLog(@"dispatch_async3"); 18});

打印结果：

12012-09-2516:20:33.967gcdTest[45547:11203] dispatch_async1 22012-09-2516:20:35.967gcdTest[45547:11303] dispatch_async2 32012-09-2516:20:35.967gcdTest[45547:11303] dispatch_barrier_async 42012-09-2516:20:40.970gcdTest[45547:11303] dispatch_async3

请注意执行的时间，可以看到执行的顺序如上所述。

4、dispatch_apply

执行某个代码片段N次。

1 dispatch_apply(5, globalQ, ^(size_t index) { 2 // 执行5次 3 });

5、dispatch_after

使用dispatch_after延后工作。

1- (void)showOrHideNavPrompt 2{ 3NSUInteger count = [[PhotoManager sharedManager] photos].count; 4doubledelayInSeconds =1.0; 5dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(delayInSeconds * NSEC_PER_SEC));// 1 6dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){// 2 7if(!count) { 8[self.navigationItem setPrompt:@"Add photos with faces to Googlyify them!"]; 9}else { 10 [self.navigationItem setPrompt:nil]; 11 } 12 }); 13}

编译并运行应用。应该有一个轻微地延迟，这有助于抓住用户的注意力并展示所要做的事情。

dispatch_after 工作起来就像一个延迟版的 dispatch_async 。你依然不能控制实际的执行时间，且一旦 dispatch_after 返回也就不能再取消它。主队列是使用 dispatch_after 的好选择，在其他队列上使用要小心。

四、GCD实例

既然本教程的目标是优化且安全的使用 GCD 调用来自不同线程的代码，那么你将从一个近乎完成的叫做 GooglyPuff 的项目入手。

GooglyPuff 是一个没有优化，线程不安全的应用，它使用 Core Image 的人脸检测 API 来覆盖一对曲棍球眼睛到被检测到的人脸上。对于基本的图像，可以从相机胶卷选择，或用预设好的URL从互联网下载。

点击此处下载项目

完成项目下载之后，将其解压到某个方便的目录，再用 Xcode 打开它并编译运行。这个应用看起来如下图所示：

注意当你选择 Le Internet 选项下载图片时，一个 UIAlertView 过早地弹出。你将在本系列教程地第二部分修复这个问题。

这个项目中有四个有趣的类：

1. PhotoCollectionViewController：它是应用开始的第一个视图控制器。它用缩略图展示所有选定的照片。

2. PhotoDetailViewController：它执行添加曲棍球眼睛到图像上的逻辑，并用一个 UIScrollView 来显示结果图片。

3. Photo：这是一个类簇，它根据一个 NSURL 的实例或一个 ALAsset 的实例来实例化照片。这个类提供一个图像、缩略图以及从 URL 下载的状态。

4. PhotoManager：它管理所有 Photo 的实例.

用 dispatch_async 处理后台任务

回到应用并从你的相机胶卷添加一些照片或使用 Le Internet 选项下载一些。

注意在按下 PhotoCollectionViewController 中的一个 UICollectionViewCell 到生成一个新的 PhotoDetailViewController 之间花了多久时间；你会注意到一个明显的滞后，特别是在比较慢的设备上查看很大的图。

在重载 UIViewController 的 viewDidLoad 时容易加入太多杂波（too much clutter），这通常会引起视图控制器出现前更长的等待。如果可能，最好是卸下一些工作放到后台，如果它们不是绝对必须要运行在加载时间里。

打开 PhotoDetailViewController 并用下面的实现替换 viewDidLoad:

1- (void)viewDidLoad 2{ 3 [super viewDidLoad]; 4NSAssert(_image,@"Image not set; required to use view controller"); 5self.photoImageView.image = _image; 6 7//Resize if neccessary to ensure it's not pixelated 8if(_image.size.height <= self.photoImageView.bounds.size.height && 9_image.size.width <= self.photoImageView.bounds.size.width) { 10 [self.photoImageView setContentMode:UIViewContentModeCenter]; 11 } 1213dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{// 1 14UIImage *overlayImage = [self faceOverlayImageFromImage:_image]; 15dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{// 2 16[self fadeInNewImage:overlayImage];// 3 17 }); 18 }); 19}

下面来说明上面的新代码所做的事：

1. 你首先将工作从主线程移到全局线程。因为这是一个 dispatch_async() ，Block 会被异步地提交，意味着调用线程地执行将会继续。这就使得 viewDidLoad 更早地在主线程完成，让加载过程感觉起来更加快速。同时，一个人脸检测过程会启动并将在稍后完成。

2. 在这里，人脸检测过程完成，并生成了一个新的图像。既然你要使用此新图像更新你的 UIImageView ，那么你就添加一个新的 Block 到主线程。记住——你必须总是在主线程访问 UIKit 的类。

3. 最后，你用 fadeInNewImage: 更新 UI ，它执行一个淡入过程切换到新的曲棍球眼睛图像。

编译并运行你的应用；选择一个图像然后你会注意到视图控制器加载明显变快，曲棍球眼睛稍微在之后就加上了。这给应用带来了不错的效果，和之前的显示差别巨大。

进一步，如果你试着加载一个超大的图像，应用不会在加载视图控制器上“挂住”，这就使得应用具有很好伸缩性。

正如之前提到的， dispatch_async 添加一个 Block 都队列就立即返回了。任务会在之后由 GCD 决定执行。当你需要在后台执行一个基于网络或 CPU 紧张的任务时就使用 dispatch_async ，这样就不会阻塞当前线程。

下面是一个关于在 dispatch_async 上如何以及何时使用不同的队列类型的快速指导：

1. 自定义串行队列：当你想串行执行后台任务并追踪它时就是一个好选择。这消除了资源争用，因为你知道一次只有一个任务在执行。注意若你需要来自某个方法的数据，你必须内联另一个 Block 来找回它或考虑使用 dispatch_sync。

2. 主队列（串行）：这是在一个并发队列上完成任务后更新 UI 的共同选择。要这样做，你将在一个 Block 内部编写另一个 Block 。以及，如果你在主队列调用 dispatch_async 到主队列，你能确保这个新任务将在当前方法完成后的某个时间执行。

3. 并发队列：这是在后台执行非 UI 工作的共同选择。

使用 dispatch_after 延后工作

稍微考虑一下应用的 UX 。是否用户第一次打开应用时会困惑于不知道做什么？你是这样吗？ :]

如果用户的 PhotoManager 里还没有任何照片，那么显示一个提示会是个好主意！然而，你同样要考虑用户的眼睛会如何在主屏幕上浏览：如果你太快的显示一个提示，他们的眼睛还徘徊在视图的其它部分上，他们很可能会错过它。

显示提示之前延迟一秒钟就足够捕捉到用户的注意，他们此时已经第一次看过了应用。

添加如下代码到到 PhotoCollectionViewController.m 中 showOrHideNavPrompt 的废止实现里：

showOrHideNavPrompt 在 viewDidLoad 中执行，以及 UICollectionView 被重新加载的任何时候。按照注释数字顺序看看：

1. 你声明了一个变量指定要延迟的时长。

2. 然后等待 delayInSeconds 给定的时长，再异步地添加一个 Block 到主线程。

编译并运行应用。应该有一个轻微地延迟，这有助于抓住用户的注意力并展示所要做的事情。

dispatch_after 工作起来就像一个延迟版的 dispatch_async 。你依然不能控制实际的执行时间，且一旦 dispatch_after 返回也就不能再取消它。

不知道何时适合使用 dispatch_after ？

1. 自定义串行队列：在一个自定义串行队列上使用 dispatch_after 要小心。你最好坚持使用主队列。

2. 主队列（串行）：是使用 dispatch_after 的好选择；Xcode 提供了一个不错的自动完成模版。

3. 并发队列：在并发队列上使用 dispatch_after 也要小心；你会这样做就比较罕见。还是在主队列做这些操作吧。

让你的单例线程安全

单例，不论喜欢还是讨厌，它们在 iOS 上的流行情况就像网上的猫。 :]

一个常见的担忧是它们常常不是线程安全的。这个担忧十分合理，基于它们的用途：单例常常被多个控制器同时访问。

单例的线程担忧范围从初始化开始，到信息的读和写。PhotoManager 类被实现为单例——它在目前的状态下就会被这些问题所困扰。要看看事情如何很快地失去控制，你将在单例实例上创建一个控制好的竞态条件。

导航到 PhotoManager.m 并找到 sharedManager ；它看起来如下：

1+ (instancetype)sharedManager 2{ 3staticPhotoManager *sharedPhotoManager = nil; 4if(!sharedPhotoManager) { 5sharedPhotoManager = [[PhotoManager alloc] init]; 6sharedPhotoManager->_photosArray = [NSMutableArray array]; 7 } 8return sharedPhotoManager; 9}

当前状态下，代码相当简单；你创建了一个单例并初始化一个叫做 photosArray 的 NSMutableArray 属性。

然而，if 条件分支不是线程安全的；如果你多次调用这个方法，有一个可能性是在某个线程（就叫它线程A）上进入 if 语句块并可能在 sharedPhotoManager 被分配内存前发生一个上下文切换。然后另一个线程（线程B）可能进入 if ，分配单例实例的内存，然后退出。

当系统上下文切换回线程A，你会分配另外一个单例实例的内存，然后退出。在那个时间点，你有了两个单例的实例——很明显这不是你想要的（译者注：这还能叫单例吗？）！

要强制这个（竞态）条件发生，替换 PhotoManager.m 中的 sharedManager 为下面的实现：

1+ (instancetype)sharedManager 2{ 3staticPhotoManager *sharedPhotoManager = nil; 4if(!sharedPhotoManager) { 5[NSThread sleepForTimeInterval:2]; 6sharedPhotoManager = [[PhotoManager alloc] init]; 7NSLog(@"Singleton has memory address at: %@", sharedPhotoManager); 8[NSThread sleepForTimeInterval:2]; 9sharedPhotoManager->_photosArray = [NSMutableArray array]; 10 } 11return sharedPhotoManager; 12}

上面的代码中你用 NSThread 的 sleepForTimeInterval: 类方法来强制发生一个上下文切换。

打开 AppDelegate.m 并添加如下代码到 application:didFinishLaunchingWithOptions: 的最开始处：

1dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{ 2 [PhotoManager sharedManager]; 3}); 45dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{ 6 [PhotoManager sharedManager]; 7});

这里创建了多个异步并发调用来实例化单例，然后引发上面描述的竞态条件。

编译并运行项目；查看控制台输出，你会看到多个单例被实例化，如下所示：

注意到这里有好几行显示着不同地址的单例实例。这明显违背了单例的目的，对吧？

这个输出向你展示了临界区被执行多次，而它只应该执行一次。现在，固然是你自己强制这样的状况发生，但你可以想像一下这个状况会怎样在无意间发生。

注意：基于其它你无法控制的系统事件，NSLog 的数量有时会显示多个。线程问题极其难以调试，因为它们往往难以重现。

要纠正这个状况，实例化代码应该只执行一次，并阻塞其它实例在 if 条件的临界区运行。这刚好就是 dispatch_once 能做的事。

在单例初始化方法中用 dispatch_once 取代 if 条件判断，如下所示：

1+ (instancetype)sharedManager 2{ 3staticPhotoManager *sharedPhotoManager = nil; 4static dispatch_once_t onceToken; 5dispatch_once(&onceToken, ^{ 6[NSThread sleepForTimeInterval:2]; 7sharedPhotoManager = [[PhotoManager alloc] init]; 8NSLog(@"Singleton has memory address at: %@", sharedPhotoManager); 9[NSThread sleepForTimeInterval:2]; 10sharedPhotoManager->_photosArray = [NSMutableArray array]; 11 }); 12return sharedPhotoManager; 13}

编译并运行你的应用；查看控制台输出，你会看到有且仅有一个单例的实例——这就是你对单例的期望！:]

现在你已经明白了防止竞态条件的重要性，从 AppDelegate.m 中移除 dispatch_async 语句，并用下面的实现替换 PhotoManager 单例的初始化：

dispatch_once() 以线程安全的方式执行且仅执行其代码块一次。试图访问临界区（即传递给 dispatch_once 的代码）的不同的线程会在临界区已有一个线程的情况下被阻塞，直到临界区完成为止。

需要记住的是，这只是让访问共享实例线程安全。它绝对没有让类本身线程安全。类中可能还有其它竞态条件，例如任何操纵内部数据的情况。这些需要用其它方式来保证线程安全，例如同步访问数据，你将在下面几个小节看到。

处理读者与写者问题

线程安全实例不是处理单例时的唯一问题。如果单例属性表示一个可变对象，那么你就需要考虑是否那个对象自身线程安全。

如果问题中的这个对象是一个 Foundation 容器类，那么答案是——“很可能不安全”！Apple 维护一个有用且有些心寒的列表，众多的 Foundation 类都不是线程安全的。 NSMutableArray，已用于你的单例，正在那个列表里休息。

虽然许多线程可以同时读取 NSMutableArray 的一个实例而不会产生问题，但当一个线程正在读取时让另外一个线程修改数组就是不安全的。你的单例在目前的状况下不能预防这种情况的发生。

要分析这个问题，看看 PhotoManager.m 中的 addPhoto:，转载如下：

1- (void)addPhoto:(Photo *)photo 2{ 3if (photo) { 4 [_photosArray addObject:photo]; 5dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ 6 [self postContentAddedNotification]; 7 }); 8 } 9}

这是一个写方法，它修改一个私有可变数组对象。

现在看看 photos ，转载如下：

1 - (NSArray *)photos 2 { 3 return [NSArray arrayWithArray:_photosArray]; 4 }

这是所谓的读方法，它读取可变数组。它为调用者生成一个不可变的拷贝，防止调用者不当地改变数组，但这不能提供任何保护来对抗当一个线程调用读方法 photos 的同时另一个线程调用写方法 addPhoto: 。

这就是软件开发中经典的读者写者问题。GCD 通过用 dispatch barriers 创建一个读者写者锁提供了一个优雅的解决方案。

Dispatch barriers 是一组函数，在并发队列上工作时扮演一个串行式的瓶颈。使用 GCD 的障碍（barrier）API 确保提交的 Block 在那个特定时间上是指定队列上唯一被执行的条目。这就意味着所有的先于调度障碍提交到队列的条目必能在这个 Block 执行前完成。

当这个 Block 的时机到达，调度障碍执行这个 Block 并确保在那个时间里队列不会执行任何其它 Block 。一旦完成，队列就返回到它默认的实现状态。 GCD 提供了同步和异步两种障碍函数。

下图显示了障碍函数对多个异步队列的影响：

注意到正常部分的操作就如同一个正常的并发队列。但当障碍执行时，它本质上就如同一个串行队列。也就是，障碍是唯一在执行的事物。在障碍完成后，队列回到一个正常并发队列的样子。

下面是你何时会——和不会——使用障碍函数的情况：

1. 自定义串行队列：一个很坏的选择；障碍不会有任何帮助，因为不管怎样，一个串行队列一次都只执行一个操作。

2. 全局并发队列：要小心；这可能不是最好的主意，因为其它系统可能在使用队列而且你不能垄断它们只为你自己的目的。

3. 自定义并发队列：这对于原子或临界区代码来说是极佳的选择。任何你在设置或实例化的需要线程安全的事物都是使用障碍的最佳候选。

由于上面唯一像样的选择是自定义并发队列，你将创建一个你自己的队列去处理你的障碍函数并分开读和写函数。且这个并发队列将允许多个多操作同时进行。

打开 PhotoManager.m，添加如下私有属性到类扩展中：

1@interface PhotoManager () 2@property (nonatomic,strong,readonly) NSMutableArray *photosArray; 3@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t concurrentPhotoQueue;///< Add this 4@end

找到 addPhoto: 并用下面的实现替换它：

1- (void)addPhoto:(Photo *)photo 2{ 3if(photo) {// 1 4dispatch_barrier_async(self.concurrentPhotoQueue, ^{// 2 5[_photosArray addObject:photo];// 3 6dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{// 4 7 [self postContentAddedNotification]; 8 }); 9 }); 10 } 11}

你新写的函数是这样工作的：

1. 在执行下面所有的工作前检查是否有合法的相片。

2. 添加写操作到你的自定义队列。当临界区在稍后执行时，这将是你队列中唯一执行的条目。

3. 这是添加对象到数组的实际代码。由于它是一个障碍 Block ，这个 Block 永远不会同时和其它 Block 一起在 concurrentPhotoQueue 中执行。

4. 最后你发送一个通知说明完成了添加图片。这个通知将在主线程被发送因为它将会做一些 UI 工作，所以在此为了通知，你异步地调度另一个任务到主线程。

这就处理了写操作，但你还需要实现 photos 读方法并实例化 concurrentPhotoQueue 。

在写者打扰的情况下，要确保线程安全，你需要在 concurrentPhotoQueue 队列上执行读操作。既然你需要从函数返回，你就不能异步调度到队列，因为那样在读者函数返回之前不一定运行。

在这种情况下，dispatch_sync 就是一个绝好的候选。

dispatch_sync() 同步地提交工作并在返回前等待它完成。使用 dispatch_sync 跟踪你的调度障碍工作，或者当你需要等待操作完成后才能使用 Block 处理过的数据。如果你使用第二种情况做事，你将不时看到一个 __block 变量写在 dispatch_sync 范围之外，以便返回时在 dispatch_sync 使用处理过的对象。

但你需要很小心。想像如果你调用 dispatch_sync 并放在你已运行着的当前队列。这会导致死锁，因为调用会一直等待直到 Block 完成，但 Block 不能完成（它甚至不会开始！），直到当前已经存在的任务完成，而当前任务无法完成！这将迫使你自觉于你正从哪个队列调用——以及你正在传递进入哪个队列。

下面是一个快速总览，关于在何时以及何处使用 dispatch_sync ：

1. 自定义串行队列：在这个状况下要非常小心！如果你正运行在一个队列并调用 dispatch_sync 放在同一个队列，那你就百分百地创建了一个死锁。

2. 主队列（串行）：同上面的理由一样，必须非常小心！这个状况同样有潜在的导致死锁的情况。

3. 并发队列：这才是做同步工作的好选择，不论是通过调度障碍，或者需要等待一个任务完成才能执行进一步处理的情况。

继续在 PhotoManager.m 上工作，用下面的实现替换 photos ：

1- (NSArray *)photos 2{ 3__block NSArray *array;// 1 4dispatch_sync(self.concurrentPhotoQueue, ^{// 2 5array = [NSArray arrayWithArray:_photosArray];// 3 6 }); 7return array; 8}

这就是你的读函数。按顺序看看编过号的注释，有这些：

1. __block 关键字允许对象在 Block 内可变。没有它，array 在 Block 内部就只是只读的，你的代码甚至不能通过编译。

2. 在 concurrentPhotoQueue 上同步调度来执行读操作。

3. 将相片数组存储在 array 内并返回它。

最后，你需要实例化你的 concurrentPhotoQueue 属性。修改 sharedManager 以便像下面这样初始化队列：

1+ (instancetype)sharedManager 2{ 3staticPhotoManager *sharedPhotoManager = nil; 4static dispatch_once_t onceToken; 5dispatch_once(&onceToken, ^{ 6sharedPhotoManager = [[PhotoManager alloc] init]; 7sharedPhotoManager->_photosArray = [NSMutableArray array]; 8 9// ADD THIS: 10sharedPhotoManager->_concurrentPhotoQueue = dispatch_queue_create("com.selander.GooglyPuff.photoQueue", 11 DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); 12 }); 1314return sharedPhotoManager; 15}

这里使用 dispatch_queue_create 初始化 concurrentPhotoQueue 为一个并发队列。第一个参数是反向DNS样式命名惯例；确保它是描述性的，将有助于调试。第二个参数指定你的队列是串行还是并发。

注意：当你在网上搜索例子时，你会经常看人们传递 0 或者 NULL 给 dispatch_queue_create 的第二个参数。这是一个创建串行队列的过时方式；明确你的参数总是更好。

恭喜——你的 PhotoManager 单例现在是线程安全的了。不论你在何处或怎样读或写你的照片，你都有这样的自信，即它将以安全的方式完成，不会出现任何惊吓。

A Visual Review of Queueing 队列的虚拟回顾

依然没有 100% 地掌握 GCD 的要领？确保你可以使用 GCD 函数轻松地创建简单的例子，使用断点和 NSLog 语句保证自己明白当下发生的情况。

我在下面提供了两个 GIF动画来帮助你巩固对 dispatch_async 和 dispatch_sync 的理解。包含在每个 GIF 中的代码可以提供视觉辅助；仔细注意 GIF 左边显示代码断点的每一步，以及右边相关队列的状态。

dispatch_sync 回顾

1- (void)viewDidLoad 2{ 3 [super viewDidLoad]; 4 5dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{ 6 7NSLog(@"First Log"); 8 9 }); 1011NSLog(@"Second Log"); 12}

下面是图中几个步骤的说明：

1. 主队列一路按顺序执行任务——接着是一个实例化 UIViewController 的任务，其中包含了 viewDidLoad 。

2. viewDidLoad 在主线程执行。

3. 主线程目前在 viewDidLoad 内，正要到达 dispatch_sync 。

4. dispatch_sync Block 被添加到一个全局队列中，将在稍后执行。进程将在主线程挂起直到该 Block 完成。同时，全局队列并发处理任务；要记得 Block 在全局队列中将按照 FIFO 顺序出列，但可以并发执行。

5. 全局队列处理 dispatch_sync Block 加入之前已经出现在队列中的任务。

6. 终于，轮到 dispatch_sync Block 。

7. 这个 Block 完成，因此主线程上的任务可以恢复。

8. viewDidLoad 方法完成，主队列继续处理其他任务。

dispatch_sync 添加任务到一个队列并等待直到任务完成。dispatch_async 做类似的事情，但不同之处是它不会等待任务的完成，而是立即继续“调用线程”的其它任务。

dispatch_async 回顾

1- (void)viewDidLoad 2{ 3 [super viewDidLoad]; 4 5dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{ 6 7NSLog(@"First Log"); 8 9 }); 1011NSLog(@"Second Log"); 12}

1.主队列一路按顺序执行任务——接着是一个实例化 UIViewController 的任务，其中包含了 viewDidLoad 。

2. viewDidLoad 在主线程执行。

3.主线程目前在 viewDidLoad 内，正要到达 dispatch_async 。

4.dispatch_async Block 被添加到一个全局队列中，将在稍后执行。

5.viewDidLoad 在添加 dispatch_async 到全局队列后继续进行，主线程把注意力转向剩下的任务。同时，全局队列并发地处理它未完成地任务。记住 Block 在全局队列中将按照 FIFO 顺序出列，但可以并发执行。

6.添加到 dispatch_async 的代码块开始执行。

7.dispatch_async Block 完成，两个 NSLog 语句将它们的输出放在控制台上。

在这个特定的实例中，第二个 NSLog 语句执行，跟着是第一个 NSLog 语句。并不总是这样——着取决于给定时刻硬件正在做的事情，而且你无法控制或知晓哪个语句会先执行。“第一个” NSLog 在某些调用情况下会第一个执行。

你可以下载GooglyPuff 项目，它包含了目前所有本教程中编写的实现。在本教程的第二部分，你将继续改进这个项目。

纠正过早弹出的提示

你可能已经注意到当你尝试用 Le Internet 选项来添加图片时，一个 UIAlertView 会在图片下载完成之前就弹出，如下如所示：

问题的症结在 PhotoManagers 的 downloadPhotoWithCompletionBlock: 里，它目前的实现如下：

1- (void)downloadPhotosWithCompletionBlock:(BatchPhotoDownloadingCompletionBlock)completionBlock 2{ 3__block NSError *error; 4 5for(NSInteger i =0; i <3; i++) { 6NSURL *url; 7switch (i) { 8case0: 9url = [NSURL URLWithString:kOverlyAttachedGirlfriendURLString]; 10break; 11case1: 12url = [NSURL URLWithString:kSuccessKidURLString]; 13break; 14case2: 15url = [NSURL URLWithString:kLotsOfFacesURLString]; 16break; 17default: 18break; 19 } 2021Photo *photo = [[Photo alloc] initwithURL:url 22withCompletionBlock:^(UIImage *image, NSError *_error) { 23if (_error) { 24error = _error; 25 } 26 }]; 2728 [[PhotoManager sharedManager] addPhoto:photo]; 29 } 3031if (completionBlock) { 32 completionBlock(error); 33 } 34}

在方法的最后你调用了 completionBlock ——因为此时你假设所有的照片都已下载完成。但很不幸，此时并不能保证所有的下载都已完成。

Photo 类的实例方法用某个 URL 开始下载某个文件并立即返回，但此时下载并未完成。换句话说，当 downloadPhotoWithCompletionBlock: 在其末尾调用 completionBlock 时，它就假设了它自己所使用的方法全都是同步的，而且每个方法都完成了它们的工作。

然而，-[Photo initWithURL:withCompletionBlock:] 是异步执行的，会立即返回——所以这种方式行不通。

因此，只有在所有的图像下载任务都调用了它们自己的 Completion Block 之后，downloadPhotoWithCompletionBlock: 才能调用它自己的 completionBlock 。问题是：你该如何监控并发的异步事件？你不知道它们何时完成，而且它们完成的顺序完全是不确定的。

或许你可以写一些比较 Hacky 的代码，用多个布尔值来记录每个下载的完成情况，但这样做就缺失了扩展性，而且说实话，代码会很难看。

幸运的是，解决这种对多个异步任务的完成进行监控的问题，恰好就是设计 dispatch_group 的目的。

Dispatch Groups（调度组）

Dispatch Group 会在整个组的任务都完成时通知你。这些任务可以是同步的，也可以是异步的，即便在不同的队列也行。而且在整个组的任务都完成时，Dispatch Group 可以用同步的或者异步的方式通知你。因为要监控的任务在不同队列，那就用一个 dispatch_group_t 的实例来记下这些不同的任务。

当组中所有的事件都完成时，GCD 的 API 提供了两种通知方式。

第一种是 dispatch_group_wait ，它会阻塞当前线程，直到组里面所有的任务都完成或者等到某个超时发生。这恰好是你目前所需要的。

打开 PhotoManager.m，用下列实现替换 downloadPhotosWithCompletionBlock:

1- (void)downloadPhotosWithCompletionBlock:(BatchPhotoDownloadingCompletionBlock)completionBlock 2{ 3dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{// 1 4 5__block NSError *error; 6dispatch_group_t downloadGroup = dispatch_group_create();// 2 7 8for(NSInteger i =0; i <3; i++) { 9NSURL *url; 10switch (i) { 11case0: 12url = [NSURL URLWithString:kOverlyAttachedGirlfriendURLString]; 13break; 14case1: 15url = [NSURL URLWithString:kSuccessKidURLString]; 16break; 17case2: 18url = [NSURL URLWithString:kLotsOfFacesURLString]; 19break; 20default: 21break; 22 } 2324dispatch_group_enter(downloadGroup);// 3 25Photo *photo = [[Photo alloc] initwithURL:url 26withCompletionBlock:^(UIImage *image, NSError *_error) { 27if (_error) { 28error = _error; 29 } 30dispatch_group_leave(downloadGroup);// 4 31 }]; 3233 [[PhotoManager sharedManager] addPhoto:photo]; 34 } 35dispatch_group_wait(downloadGroup, DISPATCH_TIME_FOREVER);// 5 36dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{// 6 37if(completionBlock) {// 7 38 completionBlock(error); 39 } 40 }); 41 }); 42}

按照注释的顺序，你会看到：

1. 因为你在使用的是同步的 dispatch_group_wait ，它会阻塞当前线程，所以你要用 dispatch_async 将整个方法放入后台队列以避免阻塞主线程。

2. 创建一个新的 Dispatch Group，它的作用就像一个用于未完成任务的计数器。

3. dispatch_group_enter 手动通知 Dispatch Group 任务已经开始。你必须保证 dispatch_group_enter 和 dispatch_group_leave 成对出现，否则你可能会遇到诡异的崩溃问题。

4. 手动通知 Group 它的工作已经完成。再次说明，你必须要确保进入 Group 的次数和离开 Group 的次数相等。

5. dispatch_group_wait 会一直等待，直到任务全部完成或者超时。如果在所有任务完成前超时了，该函数会返回一个非零值。你可以对此返回值做条件判断以确定是否超出等待周期；然而，你在这里用 DISPATCH_TIME_FOREVER 让它永远等待。它的意思，勿庸置疑就是，永－远－等－待！这样很好，因为图片的创建工作总是会完成的。

6. 此时此刻，你已经确保了，要么所有的图片任务都已完成，要么发生了超时。然后，你在主线程上运行 completionBlock 回调。这会将工作放到主线程上，并在稍后执行。

7. 最后，检查 completionBlock 是否为 nil，如果不是，那就运行它。

编译并运行你的应用，尝试下载多个图片，观察你的应用是在何时运行 completionBlock 的。

注意：如果你是在真机上运行应用，而且网络活动发生得太快以致难以观察 completionBlock 被调用的时刻，那么你可以在 Settings 应用里的开发者相关部分里打开一些网络设置，以确保代码按照我们所期望的那样工作。只需去往 Network Link Conditioner 区，开启它，再选择一个 Profile，“Very Bad Network” 就不错。

如果你是在模拟器里运行应用，你可以使用来自 GitHub 的 Network Link Conditioner来改变网络速度。它会成为你工具箱中的一个好工具，因为它强制你研究你的应用在连接速度并非最佳的情况下会变成什么样。

目前为止的解决方案还不错，但是总体来说，如果可能，最好还是要避免阻塞线程。你的下一个任务是重写一些方法，以便当所有下载任务完成时能异步通知你。

在我们转向另外一种使用 Dispatch Group 的方式之前，先看一个简要的概述，关于何时以及怎样使用有着不同的队列类型的 Dispatch Group ：

1. 自定义串行队列：它很适合当一组任务完成时发出通知。

2. 主队列（串行）：它也很适合这样的情况。但如果你要同步地等待所有工作地完成，那你就不应该使用它，因为你不能阻塞主线程。然而，异步模型是一个很有吸引力的能用于在几个较长任务（例如网络调用）完成后更新 UI 的方式。

3. 并发队列：它也很适合 Dispatch Group 和完成时通知。

Dispatch Group，第二种方式

上面的一切都很好，但在另一个队列上异步调度然后使用 dispatch_group_wait 来阻塞实在显得有些笨拙。是的，还有另一种方式……

在 PhotoManager.m 中找到 downloadPhotosWithCompletionBlock: 方法，用下面的实现替换它：

1- (void)downloadPhotosWithCompletionBlock:(BatchPhotoDownloadingCompletionBlock)completionBlock 2{ 3// 1 4__block NSError *error; 5dispatch_group_t downloadGroup = dispatch_group_create(); 6 7for(NSInteger i =0; i <3; i++) { 8NSURL *url; 9switch (i) { 10case0: 11url = [NSURL URLWithString:kOverlyAttachedGirlfriendURLString]; 12break; 13case1: 14url = [NSURL URLWithString:kSuccessKidURLString]; 15break; 16case2: 17url = [NSURL URLWithString:kLotsOfFacesURLString]; 18break; 19default: 20break; 21 } 2223dispatch_group_enter(downloadGroup);// 2 24Photo *photo = [[Photo alloc] initwithURL:url 25withCompletionBlock:^(UIImage *image, NSError *_error) { 26if (_error) { 27error = _error; 28 } 29dispatch_group_leave(downloadGroup);// 3 30 }]; 3132 [[PhotoManager sharedManager] addPhoto:photo]; 33 } 3435dispatch_group_notify(downloadGroup, dispatch_get_main_queue(), ^{// 4 36if (completionBlock) { 37 completionBlock(error); 38 } 39 }); 40}

下面解释新的异步方法如何工作：

1. 在新的实现里，因为你没有阻塞主线程，所以你并不需要将方法包裹在 async 调用中。

2. 同样的 enter 方法，没做任何修改。

3. 同样的 leave 方法，也没做任何修改。

4. dispatch_group_notify 以异步的方式工作。当 Dispatch Group 中没有任何任务时，它就会执行其代码，那么 completionBlock 便会运行。你还指定了运行 completionBlock 的队列，此处，主队列就是你所需要的。

对于这个特定的工作，上面的处理明显更清晰，而且也不会阻塞任何线程。

太多并发带来的风险

既然你的工具箱里有了这些新工具，你大概做任何事情都想使用它们，对吧？

看看 PhotoManager 中的 downloadPhotosWithCompletionBlock 方法。你可能已经注意到这里的 for 循环，它迭代三次，下载三个不同的图片。你的任务是尝试让 for 循环并发运行，以提高其速度。

dispatch_apply 刚好可用于这个任务。

dispatch_apply 表现得就像一个 for 循环，但它能并发地执行不同的迭代。这个函数是同步的，所以和普通的 for 循环一样，它只会在所有工作都完成后才会返回。

当在 Block 内计算任何给定数量的工作的最佳迭代数量时，必须要小心，因为过多的迭代和每个迭代只有少量的工作会导致大量开销以致它能抵消任何因并发带来的收益。而被称为跨越式（striding）的技术可以在此帮到你，即通过在每个迭代里多做几个不同的工作。

译者注：大概就能减少并发数量吧，作者是提醒大家注意并发的开销，记在心里！

那何时才适合用 dispatch_apply 呢？

1. 自定义串行队列：串行队列会完全抵消 dispatch_apply 的功能；你还不如直接使用普通的 for 循环。

2. 主队列（串行）：与上面一样，在串行队列上不适合使用 dispatch_apply 。还是用普通的 for 循环吧。

3. 并发队列：对于并发循环来说是很好选择，特别是当你需要追踪任务的进度时。

回到 downloadPhotosWithCompletionBlock: 并用下列实现替换它：

1- (void)downloadPhotosWithCompletionBlock:(BatchPhotoDownloadingCompletionBlock)completionBlock 2{ 3__block NSError *error; 4dispatch_group_t downloadGroup = dispatch_group_create(); 5 6dispatch_apply(3, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^(size_t i) { 7 8NSURL *url; 9switch (i) { 10case0: 11url = [NSURL URLWithString:kOverlyAttachedGirlfriendURLString]; 12break; 13case1: 14url = [NSURL URLWithString:kSuccessKidURLString]; 15break; 16case2: 17url = [NSURL URLWithString:kLotsOfFacesURLString]; 18break; 19default: 20break; 21 } 2223 dispatch_group_enter(downloadGroup); 24Photo *photo = [[Photo alloc] initwithURL:url 25withCompletionBlock:^(UIImage *image, NSError *_error) { 26if (_error) { 27error = _error; 28 } 29 dispatch_group_leave(downloadGroup); 30 }]; 3132 [[PhotoManager sharedManager] addPhoto:photo]; 33 }); 3435dispatch_group_notify(downloadGroup, dispatch_get_main_queue(), ^{ 36if (completionBlock) { 37 completionBlock(error); 38 } 39 }); 40}

你的循环现在是并行运行的了；在上面的代码中，在调用 dispatch_apply 时，你用第一次参数指明了迭代的次数，用第二个参数指定了任务运行的队列，而第三个参数是一个 Block。

要知道虽然你有代码保证添加相片时线程安全，但图片的顺序却可能不同，这取决于线程完成的顺序。

编译并运行，然后从 “Le Internet” 添加一些照片。注意到区别了吗？

在真机上运行新代码会稍微更快的得到结果。但我们所做的这些提速工作真的值得吗？

实际上，在这个例子里并不值得。下面是原因：

1. 你创建并行运行线程而付出的开销，很可能比直接使用 for 循环要多。若你要以合适的步长迭代非常大的集合，那才应该考虑使用 dispatch_apply。

2. 你用于创建应用的时间是有限的——除非实在太糟糕否则不要浪费时间去提前优化代码。如果你要优化什么，那去优化那些明显值得你付出时间的部分。你可以通过在 Instruments 里分析你的应用，找出最长运行时间的方法。看看如何在 Xcode 中使用 Instruments可以学到更多相关知识。

3. 通常情况下，优化代码会让你的代码更加复杂，不利于你自己和其他开发者阅读。请确保添加的复杂性能换来足够多的好处。

记住，不要在优化上太疯狂。你只会让你自己和后来者更难以读懂你的代码。

原文链接：

http://www.cocoachina.com/industry/20140520/8485.html

http://www.cocoachina.com/applenews/devnews/2014/0428/8248.html

http://www.cocoachina.com/applenews/devnews/2014/0515/8433.html

http://blog.csdn.net/q199109106q/article/details/8565923

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原文地址：https://www.cnblogs.com/novia/p/4497907.html

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