小笨狼漫談多線程：GCD(一)
作者：@小笨狼Lc
多線程是程序開發中非常基礎的一個概念，大家在開發過程中應該或多或少用過相關的東西。同時這恰恰又是一個比較棘手的概念，一切跟多線程掛鉤的東西都會變得復雜。如果使用過程中對多線程不夠熟悉，很可能會埋下一些難以預料的坑。
iOS中的多線程技術主要有NSThread, GCD和NSOperation。他們的封裝層次依次遞增，其中：
NSThread封裝性最差，最偏向於底層，主要基於thread使用
GCD是基於C的API，直接使用比較方便，主要基於task使用
NSOperation是基於GCD封裝的NSObject對象，對於復雜的多線程項目使用比較方便，主要基於隊列使用
上篇文章介紹了NSThread的用法，NSThread已經屬於古董級別的東西了，欣賞一下可以，真正使用就不要麻煩他了。GCD是多線程中的新貴，比起NSThread更加強大，也更容易使用。由於GCD的東西比較多，我會分好幾篇文章介紹，這篇文章主要介紹GCD中的queue相關知識。
dispatch_queue_t
使用GCD之後，你可以不用再浪費精力去關注線程，GCD會幫你管理好一切。你只需要想清楚任務的執行方法（同步還是異步）和隊列的運行方式（串行還是並行）即可。
任務是一個比較抽象的概念，表示一段用來執行的代碼，他對應到代碼裡就是一個block或者一個函數。
隊列分為串行隊列和並行隊列：
串行隊列一次只能執行一個任務。只有一個任務執行完成之後，下一個任務才能執行，主線程就是一個串行的隊列。
並行隊列可以同時執行多個任務，系統會維護一個線程池來保證並行隊列的執行。線程池會根據當前任務量自行安排線程的數量，以確保任務盡快執行。
隊列對應到代碼裡是一個dispatch_queue_t對象:
dispatch_queue_t queue;
對象就有內存。跟普通OC對象類似，我們可以用dispatch_retain()和dispatch_release()對其進行內存管理，當一個任務加入到一個queue中的時候，任務會retain這個queue，直到任務執行完成才會release。
值得高興的是，iOS6之後，dispatch對象已經支持ARC，所以在ARC工程之下，我們可以不用擔心他的內存，想怎麼玩就怎麼玩。
要申明一個dispatch的屬性。一般情況下我們只需要用strong即可。
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t queue;
如果你是寫一個framework，framework的使用者的SDK有可能還是古董級的iOS6之前。那麼你需要根據OS_OBJECT_USE_OBJC做一個判斷是使用strong還是assign。（一般github上的優秀第三方庫都會這麼做）
#if OS_OBJECT_USE_OBJC @property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t queue; #else @property (nonatomic, assign) dispatch_queue_t queue; #endif
async
GCD中有2個異步的API
void dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_async_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);
他們都是將一個任務提交到queue中，提交之後立即返回，不等待任務的的執行。提交之後，系統會對queue做retain操作，任務執行完成之後，queue再被release。兩個函數實際的功能是一樣的，唯一的區別在於dispatch_async接受block作為參數，dispatch_async_f接受函數。
使用dispatch_async的時候block會被copy，在block執行完成之後block再release，由於是系統持有block，所以不用擔心循環引用的問題，block裡面的self不需要weak
在dispatch_async_f中，context會作為第一個參數傳給work函數。如果work不需要參數，context可以傳入NULL。work參數不能傳入NULL，否則可能發生無法預料的事兒
異步是一個比較抽象的概念，簡單的說就是將任務加入到隊列中之後，立即返回，不需要等待任務的執行。語言的描述比較抽象，我們用代碼加深一下對概念的理解
NSLog(@"this is main queue, i want to throw a task to global queue");
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_queue_create("com.liancheng.global_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(globalQueue, ^{
// task
});
NSLog(@"this is main queue, throw task completed");上面這段代碼，會以這樣的方式運行，紅色表示正在執行的模塊，灰色表示未執行或者已經執行完成的模塊。
先在main queue中執行第一個nslog
dispatch_async會將block提交到globalQueue中，提交成功之後立即返回
main queue執行第二個nslog
等global queue中block前面的任務執行完成之後，block被執行。
sync
與異步相似，GCD中同步的API也是2個
void dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_sync_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);
2個API作用相同：將任務提交到queue中，任務加入queue之後不會立即返回，等待任務執行完成之後再返回。同sync類似，dispatch_sync與dispatch_sync_f唯一的區別在於dispatch_sync接收block作為參數，block被系統持有，不需要對self使用weak。dispatch_sync_f接受函數work作為參數，context作為傳給work函數的第一個參數。同樣，work參數也不能傳入NULL，否則會發生無法預料的事兒
同步表示任務加入到隊列中之後不會立即返回，等待任務完成再返回。語言的描述比較抽象，我們再次用代碼加深一下對概念的理解
NSLog(@"this is main queue, i want to throw a task to global queue");
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_queue_create("com.liancheng.global_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_sync(globalQueue, ^{
// task
});
NSLog(@"this is main queue, throw task completed");我們來看看代碼的運行方式：
先在main queue中執行第一個nslog
dispatch_sync會將block提交到global queue中，等待block的執行
global queue中block前面的任務執行完成之後，block執行
block執行完成之後，dispatch_sync返回
dispatch_sync之後的代碼執行
由於dispatch_sync需要等待block被執行，這就非常容易發生死鎖。如果一個串行隊列，使用dispatch_sync提交block到自己隊列中，就會發生死鎖
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.liancheng.serial_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(queue, ^{
// 到達串行隊列
dispatch_sync(queue, ^{ //發生死鎖
});
});dispatch_sync的代碼執行如圖所示
dispatch_sync需要等待block執行完成，同時由於隊列串行，block的執行需要等待前面的任務，也就是dispatch_sync執行完成。兩者互相等待，永遠也不會執行完成，死鎖就這樣發生了
從這裡看發生死鎖需要2個條件：
代碼運行的當前隊列是串行隊列
使用sync將任務加入到自己隊列中
如果queue是並行隊列，或者將任務加入到其他隊列中，這是不會發生死鎖的。
獲取隊列
獲取主線程隊列
主線程是我們最常用的線程，GCD提供了非常簡單的獲取主線程隊列的方法。
dispatch_queue_t dispatch_get_main_queue(void)
方法不需要傳入參數，直接返回主線程隊列。
假設我們要在主線程更新UI：
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[self updateUI];
});執行加入到主線程隊列的block，App會調用dispatch_main(), NSApplicationMain()，或者在主線程使用CFRunLoop。
獲取全局隊列
除了主線程隊列，GCD提供了幾個全局隊列，可以直接獲取使用
dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long identifier, unsigned long flags);
dispatch_get_global_queue方法獲取的全局隊列都是並行隊列，並且隊列不能被修改，也就是說對全局隊列調用dispatch_suspend(), dispatch_resume(), dispatch_set_context()等方法無效
identifier: 用以標識隊列優先級，推薦用qos_class枚舉作為參數，也可以使用dispatch_queue_priority_t
flags: 預留字段，傳入任何非0的值都可能導致返回NULL
可以看到dispatch_get_global_queue根據identifier參數返回相應的全局隊列。identifier推薦使用qos_class枚舉
__QOS_ENUM(qos_class, unsigned int, QOS_CLASS_USER_INTERACTIVE __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x21, QOS_CLASS_USER_INITIATED __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x19, QOS_CLASS_DEFAULT __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x15, QOS_CLASS_UTILITY __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x11, QOS_CLASS_BACKGROUND __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x09, QOS_CLASS_UNSPECIFIED __QOS_CLASS_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_10, __IPHONE_8_0) = 0x00, );
這個枚舉與NSThread中的NSQualityOfService類似
QOS_CLASS_USER_INTERACTIVE: 最高優先級，交互級別。使用這個優先級會占用幾乎所有的系統CUP和I/O帶寬，僅限用於交互的UI操作，比如處理點擊事件，繪制圖像到屏幕上，動畫等
QOS_CLASS_USER_INITIATED: 次高優先級，用於執行類似初始化等需要立即返回的事件
QOS_CLASS_DEFAULT: 默認優先級，當沒有設置優先級的時候，線程默認優先級。一般情況下用的都是這個優先級
QOS_CLASS_UTILITY: 普通優先級，主要用於不需要立即返回的任務
QOS_CLASS_BACKGROUND: 後台優先級，用於用戶幾乎不感知的任務。
QOS_CLASS_UNSPECIFIED: 未知優先級，表示服務質量信息缺失
identifier除了使用qos_class枚舉，也可以用dispatch_queue_priority_t作為參數。
#define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH 2 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 0 #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW (-2) #define DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND INT16_MIN typedef long dispatch_queue_priority_t;
INT16_MINtypedef long dispatch_queue_priority_t;
dispatch_queue_priority_t對應到qos_class枚舉有：
- DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH: QOS_CLASS_USER_INITIATED - DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT: QOS_CLASS_DEFAULT - DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW: QOS_CLASS_UTILITY - DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND: QOS_CLASS_BACKGROUND
很多時候我們喜歡將0或者NULL傳入作為參數
dispatch_get_global_queue(NULL, NULL)
由於NULL等於0，也就是DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT，所以返回的是默認優先級
創建隊列
當無法獲取到理想的隊列時，我們可以自己創建隊列。
dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr);
如果未使用ARC，dispatch_queue_create創建的queue在使用結束之後需要調用dispatch_release。
label: 隊列的名稱，調試的時候可以區分其他的隊列
attr: 隊列的屬性，dispatch_queue_attr_t類型。用以標識隊列串行，並行，以及優先級等信息
attr參數有三種傳值方式：
// 串行 #define DISPATCH_QUEUE_SERIAL NULL // 並行 #define DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT \ DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_attr_t, \ _dispatch_queue_attr_concurrent) // 自定義屬性值 dispatch_queue_attr_t dispatch_queue_attr_make_with_qos_class(dispatch_queue_attr_t attr, dispatch_qos_class_t qos_class, int relative_priority);
DISPATCH_QUEUE_SERIAL或者NULL，表示創建串行隊列，優先級為目標隊列優先級。DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT表示創建並行隊列，優先級也為目標隊列優先級。
dispatch_queue_attr_make_with_qos_class函數可以創建帶有優先級的dispatch_queue_attr_t對象。通過這個對象可以自定義queue的優先級。
attr: 傳入DISPATCH_QUEUE_SERIAL、NULL或者DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT，表示串行或者並行
qos_class: 傳入qos_class枚舉，表示優先級級別
relative_priority: 相對於qos_class的相對優先級，qos_class用於區分大的優先級級別，relative_priority表示大級別下的小級別。relative_priority必須大於QOS_MIN_RELATIVE_PRIORITY小於0，否則將返回NULL。從GCD源碼中可以查到QOS_MIN_RELATIVE_PRIORITY等於-15
使用dispatch_queue_attr_make_with_qos_class創建隊列時，需要注意，非法的參數可能導致dispatch_queue_attr_make_with_qos_class返回NULL，dispatch_queue_create傳入NULL會創建出串行隊列。寫代碼過程中需要確保這是否是預期的結果
設置目標隊列（2.25日更新，感謝@楊蕭玉HIT 指出問題，原文章有誤給大家致歉）
除了通過dispatch_queue_attr_make_with_qos_class設置隊列的優先級之外，也可以使用設置目標隊列的方法，設置隊列的優先級。當隊列創建時未設置優先級，隊列將繼承目標隊列的優先級。（不過一般情況下還是推薦使用dispatch_queue_attr_make_with_qos_class設置隊列的優先級）
void dispatch_set_target_queue(dispatch_object_t object, dispatch_queue_t queue);
調用dispatch_set_target_queue會retain新目標隊列queue，release原有目標隊列。設置目標隊列之後，block將會在目標隊列中執行。注意：當目標隊列串行時，任何在目標隊列中執行的block都會串行執行，無論原隊列是否串行。
假設有隊列A、B是並行隊列，C為串行隊列。A,B的目標隊列均設置為C，那麼A、B、C中的block在設置目標隊列之後最終都會串行執行。
例：隊列1並行，隊列2串行
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.company.queue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.company.queue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(queue1, ^{ // block1
for (int i = 0; i < 5; i ++) {
NSLog(@"+++++");
}
});
dispatch_async(queue1, ^{ // block2
for (int i = 0; i < 5; i ++) {
NSLog(@"=====");
}
});
dispatch_async(queue2, ^{ // block3
for (int i = 0; i < 5; i ++) {
NSLog(@"----");
}
});運行一下可知block1,block2,block3並行執行
2016-02-25 15:05:20.024 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.024 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.024 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] ===== 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99120] +++++ 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99121] ---- 2016-02-25 15:05:20.025 TGCD[1940:99122] =====
如果將隊列1的目標隊列設置為隊列2，會發生什麼情況呢？
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("com.company.queue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("com.company.queue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_set_target_queue(queue1, queue2);
dispatch_async(queue1, ^{
for (int i = 0; i < 5; i ++) {
NSLog(@"+++++");
}
});
dispatch_async(queue1, ^{
for (int i = 0; i < 5; i ++) {
NSLog(@"=====");
}
});
dispatch_async(queue2, ^{
for (int i = 0; i < 5; i ++) {
NSLog(@"----");
}
});block1，block2，block3變為了串行
2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.215 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] +++++ 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ===== 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.216 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.217 TGCD[1974:100675] ---- 2016-02-25 15:06:57.217 TGCD[1974:100675] ----
注意不要循環設置目標隊列，如A的目標隊列為B，B的目標隊列為A。這將會導致無法預知的錯誤
延時
GCD中有2個延時的API
dispatch_after(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_after_f(dispatch_time_t when, dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);
一定時間之後將block加入到queue中。when用於表示時間，如果傳入DISPATCH_TIME_NOW會等同於dispatch_async。另外不允許傳入DISPATCH_TIME_FOREVER，這會永遠阻塞線程。
通前面其他方法類似。dispatch_after接收block作為參數，系統持有block，block中self不需要weak。dispatch_after_f接收work函數作為參數，context作為work函數的第一個參數
需要注意的是這裡的延時是不精確的，因為加入隊列不一定會立即執行。延時1s可能會1.5s甚至2s之後才會執行。
dispatch_barrier
在並行隊列中，有的時候我們需要讓某個任務單獨執行，也就是他執行的時候不允許其他任務執行。這時候dispatch_barrier就派上了用場。
使用dispatch_barrier將任務加入到並行隊列之後，任務會在前面任務全部執行完成之後執行，任務執行過程中，其他任務無法執行，直到barrier任務執行完成
dispatch_barrier在GCD中有4個API
void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_barrier_async_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work); void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block); void dispatch_barrier_sync_f(dispatch_queue_t queue, void *context, dispatch_function_t work);
如果API在串行隊列中調用，將等同於dispatch_async、dispatch_async_f、dispatch_sync、dispatch_sync_f，不會有任何影響。
dispatch_barrier最典型的使用場景是讀寫問題，NSMutableDictionary在多個線程中如果同時寫入，或者一個線程寫入一個線程讀取，會發生無法預料的錯誤。但是他可以在多個線程中同時讀取。如果多個線程同時使用同一個NSMutableDictionary。怎樣才能保護NSMutableDictionary不發生意外呢？
- (void)setObject:(id)anObject forKey:(id
)aKey
{
dispatch_barrier_async(self.concurrentQueue, ^{
[self.mutableDictionary setObject:anObject forKey:aKey];
});
}
- (id)objectForKey:(id)aKey
{
__block id object = nil; dispatch_sync(self.concurrentQueue, ^{
object = [self.mutableDictionary objectForKey:aKey];
}); return object;
}set_specific & get_specific
有時候我們需要將某些東西關聯到隊列上，比如我們想在某個隊列上存一個東西，或者我們想區分2個隊列。GCD提供了dispatch_queue_set_specific方法，通過key，將context關聯到queue上
void dispatch_queue_set_specific(dispatch_queue_t queue, const void *key, void *context, dispatch_function_t destructor);
queue：需要關聯的queue，不允許傳入NULL
key：唯一的關鍵字
context：要關聯的內容，可以為NULL
destructor：釋放context的函數，當新的context被設置時，destructor會被調用
有存就有取，將context關聯到queue上之後，可以通過dispatch_queue_get_specific或者dispatch_get_specific方法將值取出來。
void *dispatch_queue_get_specific(dispatch_queue_t queue, const void *key); void *dispatch_get_specific(const void *key);
dispatch_queue_get_specific: 根據queue和key取出context，queue參數不能傳入全局隊列
dispatch_get_specific: 根據唯一的key取出當前queue的context。如果當前queue沒有key對應的context，則去queue的target queue取，取不著返回NULL，如果對全局隊列取，也會返回NULL
iOS 6之後dispatch_get_current_queue()被廢棄（廢棄的原因這裡不多解釋，如果想了解可以看這裡），如果我們需要區分不同的queue，可以使用set_specific方法。根據對應的key是否有值來區分
END
節後第一彈，queue相關的內容就介紹到這裡，GCD的東西挺多，其他東西之後如果有時間我會慢慢介紹，敬請期待
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