Swift - 多线程实现方式（3） - Grand Central Dispatch（GCD）

1，Swift继续使用Object-C原有的一套线程，包括三种多线程编程技术：
（1）NSThread
（2）Cocoa NSOperation（NSOperation和NSOperationQueue）
（3）Grand Central Dispath（GCD）

2，本文着重介绍Grand Central Dispath（GCD）

GCD是Apple开发的一个多核编程的解决方法，基本概念就是dispatch queue（调度队列），queue是一个对象，它可以接受任务，并将任务以先到先执行的顺序来执行。dispatch queue可以是并发的或串行的。GCD的底层依然是用线程实现，不过我们可以不用关注实现的细节。其优点有如下几点：

（1）易用：GCD比thread更简单易用。基于block的特效使它能极为简单地在不同代码作用域之间传递上下文。

（2）效率：GCD实现功能轻量，优雅，使得它在很多地方比专门创建消耗资源的线程更加实用且快捷。

（3）性能：GCD自动根据系统负载来增减线程数量，从而减少了上下文切换并增加了计算效率。

（4）安全：无需加锁或其他同步机制。

3，GCD三种创建队列的方法

（1）自己创建一个队列

第一个参数代表队列的名称，可以任意起名

第二个参数代表队列属于串行还是并行执行任务

串行队列一次只执行一个任务。一般用于按顺序同步访问，但我们可以创建任意数量的串行队列，各个串行队列之间是并发的。

并行队列的执行顺序与其加入队列的顺序相同。可以并发执行多个任务，但是执行完成的顺序是随机的。

//创建串行队列
var  serial:dispatch_queue_t = dispatch_queue_create( "serialQueue1" ,  DISPATCH_QUEUE_SERIAL )

//创建并行队列
var  concurrent:dispatch_queue_t = dispatch_queue_create( "concurrentQueue1" ,  DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT )

（2）获取系统存在的全局队列 

Global Dispatch Queue有4个执行优先级：

DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH  高

DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT  正常

DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW  低

DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND 非常低的优先级（这个优先级只用于不太关心完成时间的真正的后台任务）

var  globalQueue:dispatch_queue_t = dispatch_get_global_queue( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0)

（3）运行在主线程的Main Dispatch Queue 

正如名称中的Main一样，这是在主线程里执行的队列。应为主线程只有一个，所有这自然是串行队列。一起跟UI有关的操作必须放在主线程中执行。

var  mainQueue:dispatch_queue_t = dispatch_get_main_queue()

4，添加任务到队列的两种方法 

（1）dispatch_async异步追加Block块（dispatch_async函数不做任何等待）

//添加异步代码块到dispatch_get_global_queue队列
dispatch_async(dispatch_get_global_queue( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0), { () ->  Void  in
    //处理耗时操作的代码块...
    println ( "do work" )

    //操作完成，调用主线程来刷新界面
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), { () ->  Void  in
        println ( "main refresh" )
    })
})

（2）dispatch_sync同步追加Block块 

同步追加Block块，与上面相反。在追加Block结束之前，dispatch_sync函数会一直等待，等待队列前面的所有任务完成后才能执行追加的任务。

//添加同步代码块到dispatch_get_global_queue队列
//不会造成死锁，当会一直等待代码块执行完毕
dispatch_sync(dispatch_get_global_queue( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0), { () ->  Void  in
    println ( "sync1" )
})
println ( "end1" )


//添加同步代码块到dispatch_get_main_queue队列
//会引起死锁
//因为在主线程里面添加一个任务，因为是同步，所以要等添加的任务执行完毕后才能继续走下去。但是新添加的任务排在
//队列的末尾，要执行完成必须等前面的任务执行完成，由此又回到了第一步，程序卡死
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), { () ->  Void  in
    println ( "sync2" )
})
println ( "end2" )

5，暂停或者继续队列

这两个函数是异步的，而且只在不同的blocks之间生效，对已经正在执行的任务没有影响。

dispatch_suspend后，追加到Dispatch Queue中尚未执行的任务在此之后停止执行。

而dispatch_resume则使得这些任务能够继续执行。

//创建并行队列
var  conQueue:dispatch_queue_t = dispatch_queue_create( "concurrentQueue1" ,  DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT )
//暂停一个队列
dispatch_suspend(conQueue)
//继续队列
dispatch_resume(conQueue)

6，dispatch_once 一次执行

保证dispatch_once中的代码块在应用程序里面只执行一次，无论是不是多线程。因此其可以用来实现单例模式，安全，简洁，方便。

//往dispatch_get_global_queue队列中添加代码块，只执行一次
var  predicate:dispatch_once_t = 0
dispatch_once(&predicate, { () ->  Void  in
    //只执行一次，可用于创建单例
    println ( "work" )
})

7，dispatch_after 延迟调用

dispatch_after并不是在指定时间后执行任务处理，而是在指定时间后把任务追加到Dispatch Queue里面。因此会有少许延迟。注意，我们不能（直接）取消我们已经提交到dispatch_after里的代码。

//延时2秒执行
let  delta = 2.0 *  Double ( NSEC_PER_SEC )
let  dtime = dispatch_time( DISPATCH_TIME_NOW ,  Int64 (delta))
dispatch_after(dtime, dispatch_get_global_queue( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0)) { () ->  Void  in
    println ( "延时2秒执行" )
}

8，多个任务全部结束后做一个全部结束的处理

dispatch_group_async：用来监视一组block对象的完成，你可以同步或异步地监视

dispatch_group_notify：用来汇总结果，所有任务结束汇总，不阻塞当前线程

dispatch_group_wait：等待直到所有任务执行结束，中途不能取消，阻塞当前线程

//获取系统存在的全局队列
var  queue:dispatch_queue_t = dispatch_get_global_queue( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0)
//定义一个group
var  group:dispatch_group_t = dispatch_group_create()
//并发任务，顺序执行
dispatch_group_async(group, queue, {() ->  Void  in
    println ( "block1" )
})
dispatch_group_async(group, queue, {() ->  Void  in
    println ( "block2" )
})
dispatch_group_async(group, queue, {() ->  Void  in
    println ( "block3" )
})

//所有任务执行结束汇总，不阻塞当前线程
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), {() ->  Void  in
    println ( "group done" )
})

//永久等待，直到所有任务执行结束，中途不能取消，阻塞当前线程
var  result = dispatch_group_wait(group,  DISPATCH_TIME_FOREVER )
if  result == 0{
    println ( "任务全部执行完成" )
} else {
    println ( "某个任务还在执行" )
}

8，dipatch_apply 指定次数的Block最加到指定队列中

dipatch_apply函数是dispatch_sync函数和Dispatch Group的关联API。按指定的次数将指定的Block追加到指定的Dispatch Queue中，并等待全部处理执行结束。

因为dispatch_apply函数也与dispatch_sync函数一样，会等待处理结束，因此推荐在dispatch_async函数中异步执行dispatch_apply函数。dispatch_apply函数可以实现高性能的循环迭代。

//获取系统存在的全局队列
var  queue:dispatch_queue_t = dispatch_get_global_queue( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0)

//定义一个一步代码块
dispatch_async(queue, {() ->  Void  in

    //通过dispatch_apply，循环变量数组
    dispatch_apply(6, queue, {(index) ->  Void  in
        println (index)
    })

    //执行完毕，主线程更新
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), {() ->  Void  in
        println ( "done" )
    })
})

9，信号，信号量

dispatch_semaphore_create：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.

dispatch_semaphore_waite：会判断信号量，如果为1，则往下执行。如果是0，则等待。

dispatch_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。

//获取系统存在的全局队列
var  queue:dispatch_queue_t = dispatch_get_global_queue( DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT , 0)

//当并行执行的任务更新数据时，会产生数据不一样的情况
for  i  in  1...20
{
    dispatch_async(queue,{ () ->  Void  in
        println ( "\(i)" )
    })
}

//使用信号量保证正确性
//创建一个初始计数值为1的信号
var  semaphore:dispatch_semaphore_t = dispatch_semaphore_create(1)
for  i  in  1...20
{
    dispatch_async(queue,{ () ->  Void  in
        //永久等待，直到Dispatch Semaphore的计数值 >= 1
        dispatch_semaphore_wait(semaphore,  DISPATCH_TIME_FOREVER )
        println ( "\(i)" )
        //发信号，使原来的信号计数值+1
        dispatch_semaphore_signal(semaphore)
    })
}

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