iOS多线程编程(三)Grand Central Dispatch(GCD)详解

1.基本介绍:

(1) Grand Central Dispatch (GCD)是Apple开发的一个多核编程的较新的解决方法。在Mac OS X 10.6雪豹中首次推出，并在最近引入到了iOS4.0。

(2) GCD是一个替代诸如NSThread等技术的很高效和强大的技术。GCD完全可以处理诸如数据锁定和资源泄漏等复杂的异步编程问题。

(3) 它是IOS多线程抽象层次最高的一层，下面还有前面2章节介绍的更加轻量级的Cocoa operations，和Thread。

2.主要方法:

(1)创建一个队列 　　
　　dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("LoadImage", NULL);

       其中，第一个参数是标识队列的，第二个参数是用来定义队列的参数（目前不支持，因此传入NULL）。
(2)执行一个队列(async--->异步,sync--->同步) 　　
　　dispatch_async(queue, ^{ [self doSomething]; });

        其中，首先传入之前创建的队列，然后提供由队列运行的代码块。
(3)声明并执行一个队列 (如果不需要保留要运行的队列的引用)
　　dispatch_async(dispatch_queue_create ("LoadImage", NULL), ^{ [self doSomething]; });

(4)暂停一个队列 　　
　　dispatch_suspend(queue);

(5)恢复一个队列(如果暂停一个队列不要忘记恢复)

       dispatch_resume(queue);

(6)将代码块中的工作转回到主线程(注意，dispatch_suspend （以及dispatch_resume）在主线程上不起作用)
　　dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{ [self dismissLoginWindow]; });

3.代码示例

#pragma mark - GCD(Grand Central Dispatch)
- (void)GCD{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test", NULL);
    
    // 多一个a,异步
    dispatch_async(queue, ^{
        
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            NSLog(@"--多线程--%d",i);
        }
        
        // 判断是否是在多线程运行环境
        BOOL isMulti = [NSThread isMultiThreaded];
        NSLog(@"%d",isMulti);
        if (isMulti) {
            NSLog(@"*********多线程***********");
        }
        
        // 将代码块中的工作转回到主线程
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
            
            // 判断是否是在主线程运行环境
            BOOL isMain = [NSThread isMainThread];
            if (isMain) {
                NSLog(@"*********主线程**********");
            }
            
        });
        
    });
    
/*    // 通过此方式,还是运行在当前线程
    dispatch_sync(queue, ^{
        // 主线程
    });
 */   
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        NSLog(@"--主线程--%d",i);
    }
}

4.加载网络图片(在多线程加载明显比放在主线程加载快N多)

#pragma mark - 给UIImageView写一个类目
@interface UIImageView (WebCach)

- (void)setImageWithURL:(NSURL *)url;

@end

#import "UIImageView+WebCach.h"

@implementation UIImageView (WebCach)

- (void)setImageWithURL:(NSURL *)url{

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("loadImage", NULL);

    dispatch_async(queue, ^{
        
        NSData * data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        UIImage * image = [UIImage imageWithData:data];
        
        // 加载UI的操作,一般放在主线程进行
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            
            self.image = image;
        });
        
    });
}

@end

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
	// Do any additional setup after loading the view.

    UIImageView * imageView = [[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(100, 100, 100, 100)];
    [imageView setImageWithURL:[NSURL URLWithString:@"http://www.baidu.com/img/bdlogo.gif"]];
    
    [self.view addSubview:imageView];
    
}

5.最后,引用别人博客对几个方法的介绍

@dispatch对象

原文地址  http://www.cnblogs.com/sunfrog/p/3243230.html

谈起iOS的dispatch（正式称谓是Grand Central Dispatch或GCD），不得不说这又是iOS（包括MacOSX）平台的创新，优缺点这里不讨论，只有当你使用时才能真正体会到。我们说dispatch函数的主要目的是实现多任务并发代码，那么要理解dispatch函数，先来了解dispatch对象的定义。

 

dispatch对象类型的部分定义，主要使用C语言的宏定义：

<os/object.h>文件：

#define OS_OBJECT_CLASS(name) OS_##name

#define OS_OBJECT_DECL(name, ...) \

@protocol OS_OBJECT_CLASS(name) __VA_ARGS__ \

@end \

typedef NSObject<OS_OBJECT_CLASS(name)> *name##_t

#define OS_OBJECT_DECL_SUBCLASS(name, super) \

OS_OBJECT_DECL(name, <OS_OBJECT_CLASS(super)>)

 

<dispatch/object.h>文件：

#define DISPATCH_DECL(name) OS_OBJECT_DECL_SUBCLASS(name, dispatch_object)

#define DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(type, object) ((OS_OBJECT_BRIDGE type)&(object))

OS_OBJECT_DECL(dispatch_object); //定义dispatch_object_t

 

<dispatch/queue.h>文件（dispatch队列类定义，其它dispatch对象类似）：

DISPATCH_DECL(dispatch_queue); //定义dispatch_queue_t

 

可以通过Xcode预编译后可以看到最终结果，最终定义的都是NSObject类，虽然它们之间没用直接继承关系，但都实现OS_dispatch_object接口，这样dispatch_queue_t对象也同样是dispatch_object_t的对象了。下面就是预编译dispatch_object_t和dispatch_queue_t的结果：

@protocol OS_dispatch_object

@end

typedef NSObject<OS_dispatch_object> *dispatch_object_t;

@protocol OS_dispatch_queue <OS_dispatch_object>

@end

typedef NSObject<OS_dispatch_queue> *dispatch_queue_t;

 

由于dispatch api接口定义成C函数的形式，dispatch的对象都是由C函数形式的厂方法得到（不能继承dispatch类，不用alloc），这样做隐藏dispatch对象的具体形态，把注意力放在如何调用dispatch api上。

从上面dispatch对象宏定义可以看到dispatch对象类的名称一般为dispatch_xyz_t（严格来讲是对象指针），它们都可以看成dispatch_object_t的子类（对象指针），所以使用dispatch对象时套用这个概念就行。

 

有关dispatch对象的基本接口如下：

void dispatch_retain(dispatch_object_t object); //替代dispatch对象常规的retain来持有对象，但ARC编程中不再允许

void dispatch_release(dispatch_object_t object); //替代dispatch对象常规的release来释放对象，同样ARC编程中不再允许

void dispatch_set_context(dispatch_object_t object, void *context); //给dispatch对象绑定特定数据对象（类似线程的TLS数据），会被传给dispatch对象的finalizer函数

void *dispatch_get_context(dispatch_object_t object); //返回dispatch对象绑定的数据对象指针

void dispatch_set_finalizer_f(dispatch_object_t object, dispatch_function_t finalizer); //设置dispatch对象的finalizer函数，当该对象释放时会调用finalizer，部分代码解释如何使用这个函数（ARC模式）：

dispatch_object_t dispatchObject = ...;

void *context = ...;

dispatch_set_context(dispatchObject, context);

dispatch_set_finalizer_f(dispatchObject, finalizer);

......

dispatchObject = nil; //dispatchObject被释放，这时调用finalizer函数

......

void finalizer(void *context)

{

　　//处理或释放context相关资源

}

 

dispatch对象的另外两个接口是：

void dispatch_resume(dispatch_object_t object); //激活（启动）在dispatch对象上的block调用，可以运行多个block

void dispatch_suspend(dispatch_object_t object); //挂起（暂停）在dispatch对象上的block调用，已经运行的block不会停止

一般这两个函数的调用必须成对，否则运行会出现异常。

至此你是否发现这两个函数有些与众不同呢？好像从来没有这么使用对象的，启动对象--暂停对象，呵呵。这正是理解dispatch对象的关键所在。dispatch对象其实是抽象的任务，把动态的任务变成对象来管理。任务是动态的，不存在继承关系，这就是为什么GCD没有提供静态继承dispatch对象类的方式。如果能这样理解，那么在使用dispatch函数时就能够更灵活地去编写代码，实现各种并发的多任务代码。

@dispatch队列

GCD编程的核心就是dispatch队列，dispatch block的执行最终都会放进某个队列中去进行，它类似NSOperationQueue但更复杂也更强大，并且可以嵌套使用。所以说，结合block实现的GCD，把函数闭包（Closure）的特性发挥得淋漓尽致。

 

dispatch队列的生成可以有这几种方式：

1. dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); //生成一个串行队列，队列中的block按照先进先出（FIFO）的顺序去执行，实际上为单线程执行。第一个参数是队列的名称，在调试程序时会非常有用，所有尽量不要重名了。

2. dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); //生成一个并发执行队列，block被分发到多个线程去执行

3. dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); //获得程序进程缺省产生的并发队列，可设定优先级来选择高、中、低三个优先级队列。由于是系统默认生成的，所以无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。需要注意的是，三个队列不代表三个线程，可能会有更多的线程。并发队列可以根据实际情况来自动产生合理的线程数，也可理解为dispatch队列实现了一个线程池的管理，对于程序逻辑是透明的。

官网文档解释说共有三个并发队列，但实际还有一个更低优先级的队列，设置优先级为DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND。Xcode调试时可以观察到正在使用的各个dispatch队列。

4. dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); //获得主线程的dispatch队列，实际是一个串行队列。同样无法控制主线程dispatch队列的执行继续或中断。

接下来我们可以使用dispatch_async或dispatch_sync函数来加载需要运行的block。

dispatch_async(queue, ^{

　　//block具体代码

}); //异步执行block，函数立即返回

dispatch_sync(queue, ^{

　　//block具体代码

}); //同步执行block，函数不返回，一直等到block执行完毕。编译器会根据实际情况优化代码，所以有时候你会发现block其实还在当前线程上执行，并没用产生新线程。

实际编程经验告诉我们，尽可能避免使用dispatch_sync，嵌套使用时还容易引起程序死锁。

如果queue1是一个串行队列的话，这段代码立即产生死锁：

   dispatch_sync(queue1, ^{

      dispatch_sync(queue1, ^{

　　　　......

　　});

　　......

　});

不妨思考下，为什么下面代码也肯定死锁：

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

　　......

}); 

 

那实际运用中，一般可以用dispatch这样来写，常见的网络请求数据多线程执行模型：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

　　//子线程中开始网络请求数据

　　//更新数据模型

　　dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

　　　　//在主线程中更新UI代码

　　});

});

程序的后台运行和UI更新代码紧凑，代码逻辑一目了然。

 

dispatch队列是线程安全的，可以利用串行队列实现锁的功能。比如多线程写同一数据库，需要保持写入的顺序和每次写入的完整性，简单地利用串行队列即可实现：

dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.dispatch.writedb", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

- (void)writeDB:(NSData *)data

{

　　dispatch_async(queue1, ^{

　　　　//write database

　　});

} 

下一次调用writeDB:必须等到上次调用完成后才能进行，保证writeDB:方法是线程安全的。 

 

dispatch队列还实现其它一些常用函数，包括：

void dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void (^block)(size_t)); //重复执行block，需要注意的是这个方法是同步返回，也就是说等到所有block执行完毕才返回，如需异步返回则嵌套在dispatch_async中来使用。多个block的运行是否并发或串行执行也依赖queue的是否并发或串行。

void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //这个函数可以设置同步执行的block，它会等到在它加入队列之前的block执行完毕后，才开始执行。在它之后加入队列的block，则等到这个block执行完毕后才开始执行。

void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //同上，除了它是同步返回函数

void dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); //延迟执行block

最后再来看看dispatch队列的一个很有特色的函数：

void dispatch_set_target_queue(dispatch_object_t object, dispatch_queue_t queue);

它会把需要执行的任务对象指定到不同的队列中去处理，这个任务对象可以是dispatch队列，也可以是dispatch源（以后博文会介绍）。而且这个过程可以是动态的，可以实现队列的动态调度管理等等。比如说有两个队列dispatchA和dispatchB，这时把dispatchA指派到dispatchB：

dispatch_set_target_queue(dispatchA, dispatchB);

那么dispatchA上还未运行的block会在dispatchB上运行。这时如果暂停dispatchA运行：

dispatch_suspend(dispatchA);

则只会暂停dispatchA上原来的block的执行，dispatchB的block则不受影响。而如果暂停dispatchB的运行，则会暂停dispatchA的运行。

这里只简单举个例子，说明dispatch队列运行的灵活性，在实际应用中你会逐步发掘出它的潜力。

dispatch队列不支持cancel（取消），没有实现dispatch_cancel()函数，不像NSOperationQueue，不得不说这是个小小的缺憾。 

@dispatch源

原文地址  http://www.cnblogs.com/sunfrog/p/3243230.html

dispatch源（dispatch source）和RunLoop源概念上有些类似的地方，而且使用起来更简单。要很好地理解dispatch源，其实把它看成一种特别的生产消费模式。dispatch源好比生产的数据，当有新数据时，会自动在dispatch指定的队列（即消费队列）上运行相应地block，生产和消费同步是dispatch源会自动管理的。
dispatch源的使用基本为以下步骤：

1. dispatch_source_t source = dispatch_source_create(dispatch_source_type, handler, mask, dispatch_queue); //创建dispatch源，这里使用加法来合并dispatch源数据，最后一个参数是指定dispatch队列

2. dispatch_source_set_event_handler(source, ^{ //设置响应dispatch源事件的block，在dispatch源指定的队列上运行

　　//可以通过dispatch_source_get_data(source)来得到dispatch源数据

});

3. dispatch_resume(source); //dispatch源创建后处于suspend状态，所以需要启动dispatch源

4. dispatch_source_merge_data(source, value); //合并dispatch源数据，在dispatch源的block中，dispatch_source_get_data(source)就会得到value。

是不是很简单？而且完全不必编写同步的代码。比如网络请求数据的模式，就可以这样来写：

    dispatch_source_t source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD, 0, 0, dispatch_get_global_queue(0, 0));

    dispatch_source_set_event_handler(source, ^{

        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

　　　　//更新UI

        });

    });

    dispatch_resume(source);

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

　　　//网络请求

        dispatch_source_merge_data(source, 1); //通知队列

    });

dispatch源还支持其它一些系统源，包括定时器、监控文件的读写、监控文件系统、监控信号或进程等，基本上调用的方式原理和上面相同，只是有可能是系统自动触发事件。比如dispatch定时器：

dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);

dispatch_source_set_timer(timer, dispatch_walltime(NULL, 0), 10*NSEC_PER_SEC, 1*NSEC_PER_SEC); //每10秒触发timer，误差1秒

dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{

　　//定时处理

});

dispatch_resume(timer);

其它情况的dispatch源就不再一一举例，可参看官网有具体文档: https://developer.apple.com/library/ios/documentation/General/Conceptual/ConcurrencyProgrammingGuide/GCDWorkQueues/GCDWorkQueues.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008091-CH103-SW1

 

最后，dispatch源的其它一些函数大致罗列如下：

uintptr_t dispatch_source_get_handle(dispatch_source_t source); //得到dispatch源创建，即调用dispatch_source_create的第二个参数

unsignedlong dispatch_source_get_mask(dispatch_source_t source); //得到dispatch源创建，即调用dispatch_source_create的第三个参数

void dispatch_source_cancel(dispatch_source_t source); //取消dispatch源的事件处理--即不再调用block。如果调用dispatch_suspend只是暂停dispatch源。

long dispatch_source_testcancel(dispatch_source_t source); //检测是否dispatch源被取消，如果返回非0值则表明dispatch源已经被取消

void dispatch_source_set_cancel_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t cancel_handler); //dispatch源取消时调用的block，一般用于关闭文件或socket等，释放相关资源

void dispatch_source_set_registration_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t registration_handler); //可用于设置dispatch源启动时调用block，调用完成后即释放这个block。也可在dispatch源运行当中随时调用这个函数。

@dispatch同步

原文地址  http://www.cnblogs.com/sunfrog/p/3243230.html

GCD提供两种方式支持dispatch队列同步，即dispatch组和信号量。
一、dispatch组（dispatch group）

1. 创建dispatch组

dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); 

2. 启动dispatch队列中的block关联到group中

dispatch_group_async(group, queue, ^{ 

　　// 。。。 

}); 

3. 等待group关联的block执行完毕，也可以设置超时参数

dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER); 

4. 为group设置通知一个block，当group关联的block执行完毕后，就调用这个block。类似dispatch_barrier_async。

dispatch_group_notify(group, queue, ^{

　　// 。。。 

}); 

5. 手动管理group关联的block的运行状态（或计数），进入和退出group次数必须匹配

dispatch_group_enter(group);

dispatch_group_leave(group);

所以下面的两种调用其实是等价的， 

A)

dispatch_group_async(group, queue, ^{ 

　　// 。。。 

}); 

B) 

dispatch_group_enter(group);

dispatch_async(queue, ^{

　　//。。。

　　dispatch_group_leave(group);

});

所以，可以利用dispatch_group_enter、 dispatch_group_leave和dispatch_group_wait来实现同步，具体例子：http://stackoverflow.com/questions/10643797/wait-until-multiple-operations-executed-including-completion-block-afnetworki/10644282#10644282。

 

二、dispatch信号量（dispatch semaphore）

1. 创建信号量，可以设置信号量的资源数。0表示没有资源，调用dispatch_semaphore_wait会立即等待。

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);

2. 等待信号，可以设置超时参数。该函数返回0表示得到通知，非0表示超时。

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

3. 通知信号，如果等待线程被唤醒则返回非0，否则返回0。

dispatch_semaphore_signal(semaphore);

最后，还是回到生成消费者的例子，使用dispatch信号量是如何实现同步：

 

dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ //消费者队列

      while (condition) {

　　　　if (dispatch_semaphore_wait(sem, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 10*NSEC_PER_SEC))) //等待10秒

　　　　　　continue;

　　　　//得到数据

　　}

});

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ //生产者队列

      while (condition) {

 　　　　if (!dispatch_semaphore_signal(sem))

　　　　{

　　　　　　sleep(1); //wait for a while

　　　　　　continue;

　　　　}

　　　　//通知成功

　　}

});