多线程GCD

一、简介

在iOS所有实现多线程的方案中，GCD应该是最有魅力的，因为GCD本身是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案。GCD在工作时会自动利用更多的处理器核心，以充分利用更强大的机器。GCD是Grand Central Dispatch的简称，它是基于C语言的。如果使用GCD，完全由系统管理线程，我们不需要编写线程代码。只需定义想要执行的任务,然后添加到适当的调度队列(dispatch queue)。GCD会负责创建线程和调度你的任务，系统直接提供线程管理.

二、任务和队列

GCD中有2个核心概念

任务：执行什么操作

队列：用来存放任务

GCD的使用就2个步骤

1.定制任务

确定想做的事情

2.将任务添加到队列中

GCD会自动将队列中的任务取出，放到对应的线程中执行

任务的取出遵循队列的FIFO原则：先进先出，后进后出

GCD中有2个用来执行任务的函数

1.用同步的方式执行任务

dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

queue：队列

block：任务

2.用异步的方式执行任务

dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

（同步：在当前线程中执行，异步：在另一条线程中执行，具备开启新线程的能力）

GCD的队列可以分为2大类型

1.并发队列（Concurrent Dispatch Queue）

可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）

并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效

2.串行队列（Serial Dispatch Queue）

让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

一般来说系统本身会有3个队列。

global_queue，current_queue,以及main_queue.

三、应用举例

让我们来看一个编程场景。我们要在 iPhone 上做一个下载网页的功能，该功能非常简单，就是在 iPhone 上放置一个按钮，点击该按钮时，显示一个转动的圆圈，表示正在进行下载，下载完成之后，将内容加载到界面上的一个文本控件中。

不用 GCD 前

虽然功能简单，但是我们必须把下载过程放到后台线程中，否则会阻塞 UI 线程显示。所以，如果不用 GCD, 我们需要写如下 3 个方法：

• someClick 方法是点击按钮后的代码，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 download 方法。
• download 方法处理下载网页的逻辑。下载完成后用 performSelectorOnMainThread 执行 download_completed 方法。
• download_completed 进行 clear up 的工作，并把下载的内容显示到文本控件中。

这 3 个方法的代码如下。可以看到，虽然 开始下载 –> 下载中 –> 下载完成 这 3 个步骤是整个功能的三步。但是它们却被切分成了 3 块。他们之间因为是 3 个方法，所以还需要传递数据参数。如果是复杂的应用，数据参数很可能就不象本例子中的 NSString 那么简单了，另外，下载可能放到 Model 的类中来做，而界面的控制放到 View Controller 层来做，这使得本来就分开的代码变得更加散落。代码的可读性大大降低。

 1 static NSOperationQueue * queue;
 2
 3 - (IBAction)someClick:(id)sender {
 4     self.indicator.hidden = NO;
 5     [self.indicator startAnimating];
 6     queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
 7     NSInvocationOperation * op = [[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(download) object:nil] autorelease];
 8     [queue addOperation:op];
 9 }
10
11 - (void)download {
12     NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
13     NSError * error;
14     NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
15     if (data != nil) {
16         [self performSelectorOnMainThread:@selector(download_completed:) withObject:data waitUntilDone:NO];
17     } else {
18         NSLog(@"error when download:%@", error);
19         [queue release];
20     }
21 }
22
23 - (void) download_completed:(NSString *) data {
24     NSLog(@"call back");
25     [self.indicator stopAnimating];
26     self.indicator.hidden = YES;
27     self.content.text = data;
28     [queue release];
29 }

使用 GCD 后

如果使用 GCD，以上 3 个方法都可以放到一起，如下所示：

// 原代码块一
self.indicator.hidden = NO;
[self.indicator startAnimating];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 原代码块二（处理耗时操作）
    NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
    NSError * error;
    NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
    if (data != nil) {
        // 原代码块三（通知主线程更新）
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            [self.indicator stopAnimating];
            self.indicator.hidden = YES;
            self.content.text = data;
        });
    } else {
        NSLog(@"error when download:%@", error);
    }
});

首先我们可以看到，代码变短了。因为少了原来 3 个方法的定义，也少了相互之间需要传递的变量的封装。

另外，代码变清楚了，虽然是异步的代码，但是它们被 GCD 合理的整合在一起，逻辑非常清晰。如果应用上 MVC 模式，我们也可以将 View Controller 层的回调函数用 GCD 的方式传递给 Modal 层，这相比以前用 @selector 的方式，代码的逻辑关系会更加清楚。

四、系统提供的 dispatch 方法

为了方便地使用 GCD，苹果提供了一些方法方便我们将 block 放在主线程 或 后台线程执行，或者延后执行。使用的例子如下：

//  后台执行：
 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      // something
 });
 // 主线程执行：
 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
      // something
 });
 // 一次性执行：
 static dispatch_once_t onceToken;
 dispatch_once(&onceToken, ^{
     // code to be executed once
 });
 // 延迟 2 秒执行：
 double delayInSeconds = 2.0;
 dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds * NSEC_PER_SEC);
 dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
     // code to be executed on the main queue after delay
 });

dispatch_queue_t 也可以自己定义，如要要自定义 queue，可以用 dispatch_queue_create 方法，示例如下：

dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", NULL);
dispatch_async(urls_queue, ^{
     // your code
});
dispatch_release(urls_queue);

另外，GCD 还有一些高级用法，例如让后台 2 个线程并行执行，然后等 2 个线程都结束后，再汇总执行结果。这个可以用 dispatch_group, dispatch_group_async 和 dispatch_group_notify 来实现，示例如下：

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程一
 });
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程二
 });
 dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 汇总结果
 });

另外，GCD 还有一些高级用法，例如让后台 2 个线程并行执行，然后等 2 个线程都结束后，再汇总执行结果。这个可以用 dispatch_group, dispatch_group_async 和 dispatch_group_notify 来实现，示例如下：

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程一
 });
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 并行执行的线程二
 });
 dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 汇总结果
 });

后台运行

使用 block 的另一个用处是可以让程序在后台较长久的运行。在以前，当 app 被按 home 键退出后，app 仅有最多 5 秒钟的时候做一些保存或清理资源的工作。但是应用可以调用 UIApplication 的beginBackgroundTaskWithExpirationHandler方法，让 app 最多有 10 分钟的时间在后台长久运行。这个时间可以用来做清理本地缓存，发送统计数据等工作。

让程序在后台长久运行的示例代码如下：

// AppDelegate.h 文件
@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backgroundUpdateTask;

// AppDelegate.m 文件
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application
{
    [self beingBackgroundUpdateTask];
    // 在这里加上你需要长久运行的代码
    [self endBackgroundUpdateTask];
}

- (void)beingBackgroundUpdateTask
{
    self.backgroundUpdateTask = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{
        [self endBackgroundUpdateTask];
    }];
}

- (void)endBackgroundUpdateTask
{
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundUpdateTask];
    self.backgroundUpdateTask = UIBackgroundTaskInvalid;
}