IOS使用GCD(多核編程)
什麼是GCD
Grand Central Dispatch (GCD)是Apple開發的一個多核編程的解決方法。該方法在Mac OS X 10.6雪豹中首次推出，並隨後被引入到了iOS4.0中。GCD是一個替代諸如NSThread, NSOperationQueue, NSInvocationOperation等技術的很高效和強大的技術，它看起來象就其它語言的閉包(Closure)一樣，但蘋果把它叫做blocks。
應用舉例
讓我們來看一個編程場景。我們要在iphone上做一個下載網頁的功能，該功能非常簡單，就是在iphone上放置一個按鈕，點擊該按鈕時，顯示一個轉動的圓圈，表示正在進行下載，下載完成之後，將內容加載到界面上的一個文本控件中。
不用GCD前
雖然功能簡單，但是我們必須把下載過程放到後台線程中，否則會阻塞UI線程顯示。所以，如果不用GCD, 我們需要寫如下3個方法：
someClick 方法是點擊按鈕後的代碼，可以看到我們用NSInvocationOperation建了一個後台線程，並且放到NSOperationQueue中。後台線程執行download方法。
download 方法處理下載網頁的邏輯。下載完成後用performSelectorOnMainThread執行download_completed 方法。
download_completed 進行clear up的工作，並把下載的內容顯示到文本控件中。
這3個方法的代碼如下。可以看到，雖然 開始下載 -> 下載中 -> 下載完成 這3個步驟是整個功能的三步。但是它們卻被切分成了3塊。他們之間因為是3個方法，所以還需要傳遞數據參數。如果是復雜的應用，數據參數很可能就不象本例子中的NSString那麼簡單了，另外，下載可能放到Model的類中來做，而界面的控制放到View Controller層來做，這使得本來就分開的代碼變得更加散落。代碼的可讀性大大降低。
[cpp]
static NSOperationQueue * queue;
- (IBAction)someClick:(id)sender {
self.indicator.hidden = NO;
[self.indicator startAnimating];
queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
NSInvocationOperation * op = [[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(download) object:nil] autorelease];
[queue addOperation:op];
}
- (void)download {
NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
NSError * error;
NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
if (data != nil) {
[self performSelectorOnMainThread:@selector(download_completed:) withObject:data waitUntilDone:NO];
} else {
NSLog(@"error when download:%@", error);
[queue release];
}
}
- (void) download_completed:(NSString *) data {
NSLog(@"call back");
[self.indicator stopAnimating];
self.indicator.hidden = YES;
self.content.text = data;
[queue release];
}
static NSOperationQueue * queue;
- (IBAction)someClick:(id)sender {
self.indicator.hidden = NO;
[self.indicator startAnimating];
queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
NSInvocationOperation * op = [[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(download) object:nil] autorelease];
[queue addOperation:op];
}
- (void)download {
NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
NSError * error;
NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
if (data != nil) {
[self performSelectorOnMainThread:@selector(download_completed:) withObject:data waitUntilDone:NO];
} else {
NSLog(@"error when download:%@", error);
[queue release];
}
}
- (void) download_completed:(NSString *) data {
NSLog(@"call back");
[self.indicator stopAnimating];
self.indicator.hidden = YES;
self.content.text = data;
[queue release];
}
使用GCD後
如果使用GCD，以上3個方法都可以放到一起，如下所示：
[cpp]
// 原代碼塊一
self.indicator.hidden = NO;
[self.indicator startAnimating];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
// 原代碼塊二
NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
NSError * error;
NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
if (data != nil) {
// 原代碼塊三
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[self.indicator stopAnimating];
self.indicator.hidden = YES;
self.content.text = data;
});
} else {
NSLog(@"error when download:%@", error);
}
});
// 原代碼塊一
self.indicator.hidden = NO;
[self.indicator startAnimating];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
// 原代碼塊二
NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
NSError * error;
NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
if (data != nil) {
// 原代碼塊三
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[self.indicator stopAnimating];
self.indicator.hidden = YES;
self.content.text = data;
});
} else {
NSLog(@"error when download:%@", error);
}
});
首先我們可以看到，代碼變短了。因為少了原來3個方法的定義，也少了相互之間需要傳遞的變量的封裝。
另外，代碼變清楚了，雖然是異步的代碼，但是它們被GCD合理的整合在一起，邏輯非常清晰。如果應用上MVC模式，我們也可以將View Controller層的回調函數用GCD的方式傳遞給Modal層，這相比以前用@selector的方式，代碼的邏輯關系會更加清楚。
GCD的定義
簡單GCD的定義有點象函數指針，差別是用 ^ 替代了函數指針的 * 號，如下所示：
[cpp]
// 申明變量
(void) (^loggerBlock)(void);
// 定義
loggerBlock = ^{
NSLog(@"Hello world");
};
// 調用
loggerBlock();
// 申明變量
(void) (^loggerBlock)(void);
// 定義
loggerBlock = ^{
NSLog(@"Hello world");
};
// 調用
loggerBlock();
但是大多數時候，我們通常使用內聯的方式來定義它，即將它的程序塊寫在調用的函數裡面，例如這樣：
[cpp]
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
// something
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
// something
});
從上面大家可以看出，block有如下特點：
程序塊可以在代碼中以內聯的方式來定義。
程序塊可以訪問在創建它的范圍內的可用的變量。
系統提供的dispatch方法
為了方便地使用GCD，蘋果提供了一些方法方便我們將block放在主線程 或 後台線程執行，或者延後執行。使用的例子如下：
[cpp]
// 後台執行：
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
// something
});
// 主線程執行：
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// something
});
// 一次性執行：
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
// code to be executed once
});
// 延遲2秒執行：
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
});
// 後台執行：
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
// something
});
// 主線程執行：
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// something
});
// 一次性執行：
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
// code to be executed once
});
// 延遲2秒執行：
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 也可以自己定義，如要要自定義queue，可以用dispatch_queue_create方法，示例如下：
[cpp]
dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", NULL);
dispatch_async(urls_queue, ^{
// your code
});
dispatch_release(urls_queue);
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還有一些高級用法，例如讓後台2個線程並行執行，然後等2個線程都結束後，再匯總執行結果。這個可以用dispatch_group, dispatch_group_async 和 dispatch_group_notify來實現，示例如下：
[cpp]
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
// 並行執行的線程一
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
// 並行執行的線程二
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
// 匯總結果
});
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
// 並行執行的線程一
});
dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
// 並行執行的線程二
});
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
// 匯總結果
});
修改block之外的變量
默認情況下，在程序塊中訪問的外部變量是復制過去的，即寫操作不對原變量生效。但是你可以加上 __block來讓其寫操作生效，示例代碼如下：
[cpp]
__block int a = 0;
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
}
foo();
// 這裡，a的值被修改為1
__block int a = 0;
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
}
foo();
// 這裡，a的值被修改為1
後台運行
GCD的另一個用處是可以讓程序在後台較長久的運行。在沒有使用GCD時，當app被按home鍵退出後，app僅有最多5秒鐘的時候做一些保存或清理資源的工作。但是在使用GCD後，app最多有10分鐘的時間在後台長久運行。這個時間可以用來做清理本地緩存，發送統計數據等工作。
讓程序在後台長久運行的示例代碼如下：
[cpp]
// AppDelegate.h文件
@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backgroundUpdateTask;
// AppDelegate.m文件
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application
{
[self beingBackgroundUpdateTask];
// 在這裡加上你需要長久運行的代碼
[self endBackgroundUpdateTask];
}
- (void)beingBackgroundUpdateTask
{
self.backgroundUpdateTask = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{
[self endBackgroundUpdateTask];
}];
}
- (void)endBackgroundUpdateTask
{
[[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundUpdateTask];
self.backgroundUpdateTask = UIBackgroundTaskInvalid;
}
// AppDelegate.h文件
@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backgroundUpdateTask;
// AppDelegate.m文件
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application
{
[self beingBackgroundUpdateTask];
// 在這裡加上你需要長久運行的代碼
[self endBackgroundUpdateTask];
}
- (void)beingBackgroundUpdateTask
{
self.backgroundUpdateTask = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{
[self endBackgroundUpdateTask];
}];
}
- (void)endBackgroundUpdateTask
{
[[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundUpdateTask];
self.backgroundUpdateTask = UIBackgroundTaskInvalid;
}
總結
總體來說，GCD能夠極大地方便開發者進行多線程編程。如果你的app不需要支持iOS4.0以下的系統，那麼就應該盡量使用GCD來處理後台線程和UI線程的交互。
