iOS 开发之 GCD 不同场景使用
本文在iOS 开发值 GCD 基础 的基础上,继续总结了 GCD 的一些API 和在不同场景下的使用。
GCD 栅栏方法:dispatch_barrier_async
我们有时需要异步执行两组操作,而且第一组操作执行完之后,才能开始执行第二组操作。这样我们就需要一个相当于 栅栏 一样的一个方法将两组异步执行的操作组给分割起来,当然这里的操作组里可以包含一个或多个任务。这就需要用到dispatch_barrier_async方法在两个操作组间形成栅栏。
dispatch_barrier_async函数会等待前边追加到并发队列中的任务全部执行完毕之后,再将指定的任务追加到该异步队列中。然后在dispatch_barrier_async函数追加的任务执行完毕之后,异步队列才恢复为一般动作,接着追加任务到该异步队列并开始执行.
示意如图:
* 栅栏方法 dispatch_barrier_async */ - (void)barrier { dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.xiaoyouPrince", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); dispatch_async(queue, ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_async(queue, ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_barrier_async(queue, ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"barrier---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_async(queue, ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_async(queue, ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"4---%@",[NSThread currentThread]); } }); } ------------------打印结果----------------- 1---{number = 4, name = (null)} 2---{number = 3, name = (null)} 1---{number = 4, name = (null)} 2---{number = 3, name = (null)} barrier---{number = 4, name = (null)} barrier---{number = 4, name = (null)} 4---{number = 3, name = (null)} 3---{number = 4, name = (null)} 4---{number = 3, name = (null)} 3---{number = 4, name = (null)} ------------------打印结果-----------------
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在dispatch_barrier_async相关代码执行结果中可以看出:
在执行完栅栏前面的操作之后,才执行栅栏操作,最后再执行栅栏后边的操作
GCD 延时执行方法:dispatch_after
我们经常会遇到这样的需求:在指定时间(例如3秒)之后执行某个任务。可以用 GCD 的dispatch_after函数来实现。
需要注意的是:dispatch_after函数并不是在指定时间之后才开始执行处理,而是在指定时间之后将任务追加到主队列中。严格来说,这个时间并不是绝对准确的,但想要大致延迟执行任务,dispatch_after函数是很有效的。
* 延时执行方法 dispatch_after */ - (void)after { NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); NSLog(@"after---begin"); dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0* NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{ NSLog(@"after---%@",[NSThread currentThread]); }); } 输出结果: 2018-08-29 17:53:08.713784+0800 GCD-demo[20282:5080295] currentThread---{number = 1, name = main} 2018-08-29 17:53:08.713962+0800 GCD-demo[20282:5080295] after---begin 2018-08-29 17:53:10.714283+0800 GCD-demo[20282:5080295] after---{number = 1, name = main}
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在dispatch_after相关代码执行结果中可以看出:在打印 after—begin 之后大约 2.0 秒的时间,打印了 after—{number = 1, name = main}
GCD 一次性代码(只执行一次):dispatch_once
我们在创建单例、或者有整个程序运行过程中只执行一次的代码时,我们就用到了 GCD 的 dispatch_once 函数。使用dispatch_once 函数能保证某段代码在程序运行过程中只被执行1次,并且即使在多线程的环境下,dispatch_once也可以保证线程安全。
* 一次性代码(只执行一次)dispatch_once */ - (void)once { static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ }); }
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GCD 快速迭代方法:dispatch_apply
通常我们会用 for 循环遍历,但是 GCD 给我们提供了快速迭代的函数dispatch_apply。dispatch_apply按照指定的次数将指定的任务追加到指定的队列中,并等待全部队列执行结束。
我们可以利用异步队列同时遍历。比如说遍历 0~5 这6个数字,for 循环的做法是每次取出一个元素,逐个遍历。dispatch_apply可以同时遍历多个数字。
* 快速迭代方法 dispatch_apply */ - (void)apply { dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); NSLog(@"apply---begin"); dispatch_apply(6, queue, ^(size_t index) { NSLog(@"%zd---%@",index, [NSThread currentThread]); }); NSLog(@"apply---end"); } --------------------输出结果:------------------- apply---begin 1---{number = 3, name = (null)} 0---{number = 1, name = main} 2---{number = 4, name = (null)} 3---{number = 5, name = (null)} 4---{number = 3, name = (null)} 5---{number = 1, name = main} apply---end --------------------输出结果:-------------------
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从 dispatch_apply 相关代码执行结果中可以看出:
0~5 打印顺序不定,最后打印了 apply—end。
因为是在并发队列中异步队执行任务,所以各个任务的执行时间长短不定,最后结束顺序也不定。但是apply—end一定在最后执行。这是因为 dispatch_apply 函数会等待全部任务执行完毕。
GCD 的队列组:dispatch_group
有时候我们会有这样的需求:分别异步执行2个耗时任务,然后当2个耗时任务都执行完毕后再回到主线程执行任务。这时候我们可以用到 GCD 的队列组。
调用队列组的 dispatch_group_async 先把任务放到队列中,然后将队列放入队列组中。或者使用队列组的 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave 组合 来实现dispatch_group_async。
调用队列组的 dispatch_group_notify 回到指定线程执行任务。或者使用 dispatch_group_wait回到当前线程继续向下执行(会阻塞当前线程)。
dispatch_group_notify
监听 group 中任务的完成状态,当所有的任务都执行完成后,追加任务到 group 中,并执行任务。
* 队列组 dispatch_group_notify */ - (void)groupNotify { NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); NSLog(@"group---begin"); dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]); } NSLog(@"group---end"); }); } -------------------输出结果:----------------- currentThread---{number = 1, name = main} group---begin 1---{number = 4, name = (null)} 2---{number = 3, name = (null)} 2---{number = 3, name = (null)} 1---{number = 4, name = (null)} 3---{number = 1, name = main} 3---{number = 1, name = main} group---end
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从dispatch_group_notify相关代码运行输出结果可以看出:
当所有任务都执行完成之后,才执行 dispatch_group_notify block 中的任务。
dispatch_group_wait
暂停当前线程(阻塞当前线程),等待指定的 group 中的任务执行完成后,才会往下继续执行。
* 队列组 dispatch_group_wait */ - (void)groupWait { NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); NSLog(@"group---begin"); dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); } }); dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER); NSLog(@"group---end"); } ------------------输出结果:------------------ currentThread---{number = 1, name = main} group---begin 2---{number = 4, name = (null)} 1---{number = 3, name = (null)} 2---{number = 4, name = (null)} 1---{number = 3, name = (null)} group---end ------------------输出结果:------------------
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从dispatch_group_wait相关代码运行输出结果可以看出:
当所有任务执行完成之后,才执行 dispatch_group_wait 之后的操作。但是,使用dispatch_group_wait 会阻塞当前线程。
dispatch_group_enter、dispatch_group_leave
dispatch_group_enter 标志着一个任务追加到 group,执行一次,相当于 group 中未执行完毕任务数+1
dispatch_group_leave 标志着一个任务离开了 group,执行一次,相当于 group 中未执行完毕任务数-1。
当 group 中未执行完毕任务数为0的时候,才会使dispatch_group_wait解除阻塞,以及执行追加到dispatch_group_notify中的任务。
* 队列组 dispatch_group_enter、dispatch_group_leave */ - (void)groupEnterAndLeave { NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); NSLog(@"group---begin"); dispatch_group_t group = dispatch_group_create(); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_group_enter(group); dispatch_async(queue, ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); } dispatch_group_leave(group); }); dispatch_group_enter(group); dispatch_async(queue, ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"2---%@",[NSThread currentThread]); } dispatch_group_leave(group); }); dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{ for(inti = 0; i < 2; ++i) { [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"3---%@",[NSThread currentThread]); } NSLog(@"group---end"); }); } -------------------输出结果------------------ currentThread---{number = 1, name = main} group---begin 1---{number = 4, name = (null)} 2---{number = 3, name = (null)} 1---{number = 4, name = (null)} 2---{number = 3, name = (null)} 3---{number = 1, name = main} 3---{number = 1, name = main} group---end -------------------输出结果------------------
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从dispatch_group_enter、dispatch_group_leave相关代码运行结果中可以看出:当所有任务执行完成之后,才执行 dispatch_group_notify 中的任务。这里的dispatch_group_enter、dispatch_group_leave组合,其实等同于dispatch_group_async。
GCD 信号量:dispatch_semaphore
GCD 中的信号量是指 Dispatch Semaphore,是持有计数的信号。类似于过高速路收费站的栏杆。可以通过时,打开栏杆,不可以通过时,关闭栏杆。在 Dispatch Semaphore 中,使用计数来完成这个功能,计数为0时等待,不可通过。计数为1或大于1时,计数减1且不等待,可通过。Dispatch Semaphore 提供了三个函数。
dispatch_semaphore_create:创建一个Semaphore并初始化信号的总量
dispatch_semaphore_signal:发送一个信号,让信号总量加1
dispatch_semaphore_wait:可以使总信号量减1,当信号总量为0时就会一直等待(阻塞所在线程),否则就可以正常执行。
注意:信号量的使用前提是:想清楚你需要处理哪个线程等待(阻塞),又要哪个线程继续执行,然后使用信号量。
Dispatch Semaphore 在实际开发中主要用于:
保持线程同步,将异步执行任务转换为同步执行任务
保证线程安全,为线程加锁
Dispatch Semaphore 线程同步
我们在开发中,会遇到这样的需求:异步执行耗时任务,并使用异步执行的结果进行一些额外的操作。换句话说,相当于,将将异步执行任务转换为同步执行任务。比如说:AFNetworking 中 AFURLSessionManager.m 里面的 tasksForKeyPath: 方法。通过引入信号量的方式,等待异步执行任务结果,获取到 tasks,然后再返回该 tasks。
- (NSArray *)tasksForKeyPath:(NSString *)keyPath { __block NSArray *tasks = nil; dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0); [self.session getTasksWithCompletionHandler:^(NSArray *dataTasks, NSArray *uploadTasks, NSArray *downloadTasks) { if([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(dataTasks))]) { tasks = dataTasks; } else if([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(uploadTasks))]) { tasks = uploadTasks; } else if([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(downloadTasks))]) { tasks = downloadTasks; } else if([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(tasks))]) { tasks = [@[dataTasks, uploadTasks, downloadTasks] valueForKeyPath:@"@unionOfArrays.self"]; } dispatch_semaphore_signal(semaphore); }]; dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); return tasks; }
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下面,我们来利用 Dispatch Semaphore 实现线程同步,将异步执行任务转换为同步执行任务。
* semaphore 线程同步 */ - (void)semaphoreSync { NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); NSLog(@"semaphore---begin"); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0); __block int number = 0; dispatch_async(queue, ^{ [NSThread sleepForTimeInterval:2]; NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); number = 100; dispatch_semaphore_signal(semaphore); }); dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); NSLog(@"semaphore---end,number = %zd",number); } ----------------------输出结果----------------- currentThread---{number = 1, name = main} semaphore---begin 1---{number = 3, name = (null)} semaphore---end, number = 100
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从 Dispatch Semaphore 实现线程同步的代码可以看到:
semaphore—end 是在执行完number = 100; 之后才打印的。而且输出结果 number 为 100。这是因为异步执行不会做任何等待,可以继续执行任务。异步执行将任务1追加到队列之后,不做等待,接着执行dispatch_semaphore_wait方法。此时 semaphore == 0,当前线程进入等待状态。然后,异步任务1开始执行。任务1执行到dispatch_semaphore_signal之后,总信号量加1,此时 semaphore == 1,dispatch_semaphore_wait方法检测到总信号量为1,正在被阻塞的线程(主线程)恢复继续执行。最后打印semaphore—end,number = 100。这样就实现了线程同步,将异步执行任务转换为同步执行任务。
Dispatch Semaphore 线程安全和线程同步(为线程加锁)
线程安全:如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作(更改变量),一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。
线程同步:可理解为线程 A 和 线程 B 一块配合,A 执行到一定程度时要依靠线程 B 的某个结果,于是停下来,示意 B 运行;B 依言执行,再将结果给 A;A 再继续操作。
举个简单例子就是:两个人在一起聊天。两个人不能同时说话,避免听不清(操作冲突)。等一个人说完(一个线程结束操作),另一个再说(另一个线程再开始操作)。
下面,我们模拟火车票售卖的方式,实现 NSThread 线程安全和解决线程同步问题。
场景:总共有50张火车票,有两个售卖火车票的窗口,一个是北京火车票售卖窗口,另一个是上海火车票售卖窗口。两个窗口同时售卖火车票,卖完为止。
非线程安全(不使用 semaphore)
先来看看不考虑线程安全的代码:
* 非线程安全:不使用 semaphore * 初始化火车票数量、卖票窗口(非线程安全)、并开始卖票 */ - (void)initTicketStatusNotSave { NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); NSLog(@"semaphore---begin"); self.ticketSurplusCount = 50; dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.xiaoyouPrince1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.xiaoyouPrince2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); __weak typeof(self) weakSelf = self; dispatch_async(queue1, ^{ [weakSelf saleTicketNotSafe]; }); dispatch_async(queue2, ^{ [weakSelf saleTicketNotSafe]; }); } * 售卖火车票(非线程安全) */ - (void)saleTicketNotSafe { while(1) { if(self.ticketSurplusCount > 0) { self.ticketSurplusCount--; NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数:%d 窗口:%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]); [NSThread sleepForTimeInterval:0.2]; } else{ NSLog(@"票已经售完"); break; } } } ----------------- 输出结果(部分打印) ------------------- currentThread <NSThread: 0x608000079280>{number = 1, name = main} non_semaphore_begin 剩余票数 48,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 49,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 47,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 46,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 45,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 44,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 43,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 42,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 40,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 41,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 39,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 0,窗口:{number = 3, name = (null)} ...\ 票已经售完 票已经售完 ----------------- 输出结果(部分打印) -------------------
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可以看到在不考虑线程安全,不使用 semaphore 的情况下,得到票数是错乱的,这样显然不符合我们的需求,所以我们需要考虑线程安全问题。
线程安全(使用 semaphore 加锁)
考虑线程安全的代码:
* 线程安全:使用 semaphore 加锁 * 初始化火车票数量、卖票窗口(线程安全)、并开始卖票 */ - (void)initTicketStatusSave { NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); NSLog(@"semaphore---begin"); semaphreLock = dispatch_semaphore_create(1); self.ticketSurplusCount = 50; dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.xiaoyouPrince1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.xiaoyouPrince2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); __weak typeof(self) weakSelf = self; dispatch_async(queue1, ^{ [weakSelf saleTicketSafe]; }); dispatch_async(queue2, ^{ [weakSelf saleTicketSafe]; }); } * 售卖火车票(线程安全) */ - (void)saleTicketSafe { while(1) { dispatch_semaphore_wait(semaphoreLock, DISPATCH_TIME_FOREVER); if(self.ticketSurplusCount > 0) { self.ticketSurplusCount--; NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数:%d 窗口:%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]); [NSThread sleepForTimeInterval:0.2]; } else{ NSLog(@"车票已经售完"); dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock); break; } dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock); } } ----------------- 输出结果(部分打印) ------------------- currentThread <NSThread: 0x608000079280>{number = 1, name = main} non_semaphore_begin 剩余票数 49,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 48,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 47,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 46,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 45,窗口:{number = 4, name = (null)} ....\ 剩余票数 4,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 3,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 2,窗口:{number = 3, name = (null)} 剩余票数 1,窗口:{number = 4, name = (null)} 剩余票数 0,窗口:{number = 3, name = (null)} 票已经售完 ----------------- 输出结果(部分打印) -------------------
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可以看出,在考虑了线程安全的情况下,使用dispatch_semaphore 机制之后,得到的票数是正确的,没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。
创建一个 semaphoreLock 对象。后续可能有多个线程同时访问被车票余量,当有线程访问到票余量时进行 dispatch_semaphore_wait 操作。使得 semaphoreLock 总信号量 减 1 (等于0 ,相当于加锁) ,并继续操作票余量,进行一次 self.ticketSurplusCount– 操作。当票数量减少之后执行 dispatch_semaphore_signal 使得 semaphoreLock 总信号量 + 1 (等于1 ,相当于解锁)
此过程中如果有其他并发线程要访问 票余量。同样会先来到 dispatch_semaphore_wait 操作。此时 semaphoreLock 的总信号量为 0 ,直接阻塞线程。当上一个访问余量的线程操作完成之后执行 dispatch_semaphore_signal 操作解锁之后,就会继续本线程的访问。从而确保了票余量的线程安全。
资料:
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