iOS实录16:GCD小结之控制最大并发数

导语:在GCD的使用中,需要考虑控制最大并发数线程同步这两个问题,本文主要介绍GCD中如何控制最大并发数

一、概述

1、GCD并发的困扰
  • 在GCD中有两种队列,分别是串行队列并发队列。在串行队列中,同一时间只有一个任务在执行,不能充分利用多核 CPU 的资源,效率较低。

  • 并发队列可以分配多个线程,同时处理不同的任务;效率虽然提升了,但是多线程的并发是用时间片轮转方法实现的,线程创建、销毁、上下文切换等会消耗CPU 资源。

  • 目前iPhone的处理器是多核(2个、4个),适当的并发可以提高效率,但是无节制地并发,如将大量任务不加思索就用并发队列来执行,这只会大量增加线程数,抢占CPU资源,甚至会挤占掉主线程的 CPU 资源(极端情况)。

  • 此外,提交给并发队列的任务中,有些任务内部会有全局的锁(如 CoreText 绘制时的 CGFont 内部锁),会导致线程休眠、阻塞;一旦这类任务多,并发队列还需要创建新的线程来执行其他任务;这种情况下,线程数大量增加是避免不了的。

2、优雅的NSOperationQueue
  • NSOperationQueue是iOS提供的工作队列,开发者只需要将任务封装在NSOperation的子类(NSBlockOperation、NSInvocationOperation或自定义NSOperation子类)中,然后添加进NSOperationQueue队列,队列就会按照优先顺序及工作的从属依赖关系(如果有的话)组织执行。

  • NSOperationQueue中,已经考虑到了最大并发数的问题,并提供了maxConcurrentOperationCount属性设置最大并发数(该属性需要在任务添加到队列中之前进行设置)。maxConcurrentOperationCount默认值是-1;如果值设为0,那么不会执行任何任务;如果值设为1,那么该队列是串行的;如果大于1,那么是并行的。

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    queue.maxConcurrentOperationCount = 2;
    //添加Operation任务...
    
  • 第三方库如SDWebImage库和AFNetworking 中就是采用NSOperationQueue来控制最大并发数的。

说明:NSOperationQueue使用详见多线程编程3 - NSOperationQueueNSOperation

3、我们该怎么办
  • GCD多线程方案很优秀,在iOS 4 与 MacOS X 10.6之后,NSOperationQueue的底层就是用GCD来实现的。

  • NSOperationQueue在控制最大并发数上的确很方便,但是GCD也提供了某些机制可以实现控制最大并发数的效果。

  • 开发中NSOperationQueue和GCD都可以用,视场景而定(个人更喜欢用GCD)。

二、QSDispatchQueue方案

1、GCD的信号量机制(dispatch_semaphore)
  • 信号量是一个整型值,有初始计数值;可以接收通知信号等待信号。当信号量收到通知信号时,计数+1;当信号量收到等待信号时,计数-1;如果信号量为0,线程会被阻塞,直到信号量大于0,才会继续下去。

  • 使用信号量机制可以实现线程的同步,也可以控制最大并发数。以下是如何控制最大并发数的代码。

    dispatch_queue_t workConcurrentQueue = dispatch_queue_create("cccccccc", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("sssssssss",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(3);
    
    for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
      dispatch_async(serialQueue, ^{
          dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
          dispatch_async(workConcurrentQueue, ^{
              NSLog(@"thread-info:%@开始执行任务%d",[NSThread currentThread],(int)i);
              sleep(1);
              NSLog(@"thread-info:%@结束执行任务%d",[NSThread currentThread],(int)i);
              dispatch_semaphore_signal(semaphore);});
      });
    }
    NSLog(@"主线程...!");
    
执行结果.png

说明:从执行结果中可以看出,虽然将10个任务都异步加入了并发队列,但是信号量机制控制了最大线程并发数,始终是3个线程在执行任务。此外,这些任务也没有阻塞主线程。

2、QSDispatchQueue方案的实现

1)直接在代码中使用GCD的信号量,不够优雅,代码也很冗余;基于此,QSDispatchQueue方案出来了。(代码很简单,一共两个文件)

2)QSDispatchQueue方法声明如下:

//QSDispatchQueue.h
@interface QSDispatchQueue : NSObject

#pragma mark - main queue + global queue
/**
 全局并发队列的最大并发数,默认4
 */
+ (QSDispatchQueue *)mainThreadQueue;

+ (QSDispatchQueue *)defaultGlobalQueue;

+ (QSDispatchQueue *)lowGlobalQueue;

+ (QSDispatchQueue *)highGlobalQueue;

+ (QSDispatchQueue *)backGroundGlobalQueue;

#pragma mark -
@property (nonatomic,assign,readonly)NSUInteger concurrentCount;

- (instancetype)init;

/**
 默认最大并发数是1
 @param queue 并发队列
 */
- (instancetype)initWithQueue:(dispatch_queue_t)queue;

/**
 @param queue 并发队列
 @param concurrentCount 最大并发数,应大于1
 */
- (instancetype)initWithQueue:(dispatch_queue_t)queue
              concurrentCount:(NSUInteger)concurrentCount;

//同步
- (void)sync:(dispatch_block_t)block;

//异步
- (void)async:(dispatch_block_t)block;

@end
3、QSDispatchQueue方案的使用
dispatch_queue_t workConcurrentQueue = dispatch_queue_create("cccccccc", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
QSDispatchQueue *queue = [[QSDispatchQueue alloc]initWithQueue:workConcurrentQueue concurrentCount:3];
for (NSInteger i = 0; i < 10; i++) {
    [queue async:^{
        NSLog(@"thread-info:%@开始执行任务%d",[NSThread currentThread],(int)i);
        sleep(1);
        NSLog(@"thread-info:%@结束执行任务%d",[NSThread currentThread],(int)i);
    }];
}
NSLog(@"主线程任务...");

执行结果如下图:

QSDispatchQueue方案执行结果.png

说明:从执行结果中来看,通过QSDispatchQueue方案也到达了最大线程并发数的目的。

  • 使用QSDispatchQueue方案,代码更简洁,让开发者不用去时刻注意信号量的处理,只关注任务即可。

三、小结

  • 在iOS开发中,我们常将耗时任务提交给GCD的并发队列,但是并发队列并不会去管理最大并发数,无限制提交任务给并发队列,会给性能带来问题。

  • YYKit组件中的YYDispatchQueuePool 也能控制并发队列的并发数;其思路是为不同优先级创建和 CPU 数量相同的 serial queue,每次从 pool 中获取 queue 时,会轮询返回其中一个 queue。

  • QSDispatchQueue是使用信号量让并发队列中的任务并发数得到抑制;YYDispatchQueuePool是让一定数量的串行队列代替并发队列,避开了并发队列不好控制并发数的问题。

End

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