OC底层原理19-GCD及函数&队列

iOS--OC底层原理文章汇总

前面的篇章讲到了线程,本文继续在线程编程之路上探究——GCD及函数&队列。

GCD

GCD(Grand Central Dispatch)是一套基于C语言供开发者使用的多线程函数集。
在前文提到,苹果为多线程开发提供了4套方法:pthread、NSThread、GCD、NSOperation,其中应用较多就是GCD.

相比其他方案它有特的优势所在

    1. GCD 是苹果公司为多核的并⾏运算提出的解决⽅案
    1. 它会⾃动利⽤更多的CPU内核(⽐如双核、四核)
    1. 它会⾃动管理线程的⽣命周期(创建线程、调度任务、销毁线程)
    1. 程序员只需要告诉 GCD 想要执⾏什么任务,不需要编写任何线程管理代码。
      GCD是线程的另一种替代方法,它使我们可以专注于需要执行的任务,而不是线程管理。使用GCD,可以定义要执行的任务并将其添加到工作队列中,该工作队列可以在适当的线程上处理任务的调度。工作队列考虑了可用核心的数量和当前负载,以使我们比使用线程可以更有效地执行任务。

在GCD中主要有两种执行任务的方式:同步执行(dispatch_sync) 和 异步执行(dispatch_async)。
GCD主要由队列 + 函数 + 任务组成完成任务执行——将任务添加到队列,调用函数执行任务。

    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"Hello,GCD");
    });

    // 这是简写,完整步骤如下⏬
    //  1. 创建队列 - 主队列
     dispatch_queue_t  mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    // 2.创建执行任务 - dispatch_block_t
    dispatch_block_t myBlock = ^{
        NSLog(@"Hello,GCD");
    };
    // 3. 将任务添加到队列并执行函数 - 异步执行
    dispatch_async(mainQueue,myBlock); 

队列(Dispatch Queue)

【队列】是指等待执行任务的数据结构(是一种特殊的线性表)。它允许在表的一端插入数据,在另一端删除元素。插入元素的这一端称之为队尾。删除元素的这一端我们称之为队首。

特点

  • 遵循先进先出原则(FIFO)
  • 在队尾插入元素,在队首删除元素。

分类

队列有很多种:顺序队列、循环队列、链式队列、阻塞队列、分阻塞队列等。
在iOS中队列有两种队列:串行队列 和 并发队列

串行队列(Serial Dispatch Queue)

  • 以先进先出为原则(FIFO),顺序执行调度任务的队列(类似接力赛)。
  • 无论队列中所指定的执行任务函数是同步还是异步,都会等待前一个任务执行完成后,再调度后面的任务。
主队列
  • 主队列(Main Dispatch Queue)是一个特殊的串行队列。
  • 在主线程中调度任务的串行队列,在main函数执行之前被系统创建,但不会开启线程。
创建队列

GCD创建串行队列

// 获取主队列
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
// 创建一个串行队列 #define DISPATCH_QUEUE_SERIAL NULL
dispatch_queue_t serial = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

并发队列(Concurrent Dispatch Queue)

  • 并发执行调度任务的队列(类似百米赛跑)。
  • 如果当前调度的任务是同步执行的,会等待任务执行完成后,再调度后续的任务。
  • 如果当前调度的任务是异步执行的,同时底层线程池有可用的线程资源,会再新的线程调度后续任务的执行。
全局队列

全局队列(Global Dispatch Queue)是一个并发队列。

  • 苹果为了开发者的方便提供了全局队列。
  • 多线程开发中,执行异步任务时,可直接使用全局队列。
创建队列

GCD创建并发队列。只在异步函数时有效

dispatch_queue_t concurrentQue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

/**
* para1:队列优先级 DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT=0
* para1:默认可填0
*/ 创建全局队列

dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
//优先级从高到低 -> 对应的服务质量(iOS9.0之后,quality-of-service取代了)
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

值得注意的是,并发队列虽然在同一时间可以开启多个任务,但是执行顺序、完成时间是不确定的,这取决于任务复杂程度、CPU的负载、多核能力等。

【示例】主队列 & 并发队列

    // 主队列 & 全局并发队列的日常使用
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 执行耗时操作
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            // 回到主线程进行UI操作
        
        });
    });

【面试题】 在iOS多线程开发中有多少种队列?
从下面的代码看,有4种队列,自定义的串行队列serial,并行队列concurrentQue,主队列mainQueue以及全局队列globalQueue

    dispatch_queue_t serial = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t concurrentQue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

实则不是,主队列其实是专⻔用来在主线程上调度任务的串行队列。
而全局队列也则是特殊的并发队列的一种。实则iOS中有两种队列—— 串行 & 并发

执行函数&队列

不论同步函数还是异步函数,都是耗时操作。目的就是为了解决在多线程中的任务执行安全。

同步函数 + 串行队列

同步函数 + 串行队列

)
同步函数搭配串行队列会按顺序执行任务,且不会再创建线程,都是在主线程。

同步函数 + 并发队列

同步函数 + 并发队列

同步函数搭配并发队列会按顺序执行任务,从结果看,这样是不会创建新线程的。

异步函数 + 串行队列

异步行数 + 串行队列

异步函数搭配串行队列会按顺序执行任务,同时开辟新的线程。

异步行数 + 并发队列

异步行数 + 并发队列

异步函数搭配并发队列,开辟了新的线程,并且不按顺序执行。执行速度和完成顺序取决于CPU负载情况。


函数 + 队列

同步函数 + 主队列

阻塞线程有个特别的情况,就是当同步函数在主队列执行任务时就会造成奔溃。如下:

主队列+同步->死锁

崩溃结果是死锁造成的。
在主线程中执行任务是按顺序依次执行的,在当前情况下,主线程执行进入到同步函数时,会让同步函数优先执行打印方法。而主队列又优先执行主线程的任务,主线程等待着同步任务的结束再执行自己主线程的任务,这样就导致主线程 和同步函数之间相互等待,这样就造成了死锁

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