一、簡介

在iOS所有實現多執行緒的方案中，GCD應該是最有魅力的，因為GCD本身是蘋果公司為多核的並行運算提出的解決方案。GCD在工作時會自動利用更多的處理器核心，以充分利用更強大的機器。GCD是Grand Central Dispatch的簡稱，它是基於C語言的。如果使用GCD，完全由系統管理執行緒，我們不需要編寫執行緒程式碼。只需定義想要執行的任務,然後新增到適當的排程佇列(dispatch queue)。GCD會負責建立執行緒和排程你的任務，系統直接提供執行緒管理

二、排程佇列(dispath queue)

1.GCD的一個重要概念是佇列，它的核心理念：將長期執行的任務拆分成多個工作單元，並將這些單元新增到dispath queue

2.系統提供了許多預定義的dispath queue，包括可以保證始終在主執行緒上執行工作的dispath queue。也可以建立自己的dispath queue，而且可以建立任意多個。GCD的dispath queue嚴格遵循FIFO(先進先出)原則，新增到dispath queue的工作單元將始終按照加入dispath queue的順序啟動。

3.dispatch queue按先進先出的順序,序列或併發地執行任務

1> serial dispatch queue一次只能執行一個任務, 當前任務完成才開始出列並啟動下一個任務

2> concurrent dispatch queue則儘可能多地啟動任務併發執行

三、建立和管理dispatch queue

1.獲得全域性併發Dispatch Queue (concurrent dispatch queue)

1> 併發dispatch queue可以同時並行地執行多個任務,不過併發queue仍然按先進先出的順序來啟動任務。併發queue會在之前的任務完成之前就出列下一個任務並開始執行。併發queue同時執行的任務數量會根據應用和系統動態變化,各種因素包括:可用核數量、其它程序正在執行的工作數量、其它序列dispatch queue中優先任務的數量等.

2> 系統給每個應用提供三個併發dispatch queue,整個應用內全域性共享,三個queue的區別是優先順序。你不需要顯式地建立這些queue,使用dispatch_get_global_queue函式來獲取這三個queue:

// 獲取預設優先順序的全域性併發dispatch queue
dispatch_queue_t  queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

3> 雖然dispatch queue是引用計數的物件,但你不需要retain和release全域性併發queue。因為這些queue對應用是全域性的,retain和release呼叫會被忽略。你也不需要儲存這三個queue的引用,每次都直接呼叫dispatch_get_global_queue獲得queue就行了。

2.建立序列Dispatch Queue (serial dispatch queue)

1> 應用的任務需要按特定順序執行時,就需要使用序列Dispatch Queue,序列queue每次只能執行一個任務。你可以使用序列queue來替代鎖,保護共享資源 或可變的資料結構。和鎖不一樣的是,序列queue確保任務按可預測的順序執行。而且只要你非同步地提交任務到序列queue,就永遠不會產生死鎖

2> 你必須顯式地建立和管理所有你使用的序列queue,應用可以建立任意數量的序列queue,但不要為了同時執行更多工而建立更多的序列queue。如果你需要併發地執行大量任務,應該把任務提交到全域性併發queue

3> 利用dispatch_queue_create函式建立序列queue,兩個引數分別是queue名和一組queue屬性

dispatch_queue_t queue;
queue = dispatch_queue_create("cn.itcast.queue", NULL);

3.執行時獲得公共Queue
GCD提供了函式讓應用訪問幾個公共dispatch queue:

1> 使用dispatch_get_current_queue函式作為除錯用途,或者測試當前queue的標識。在block物件中呼叫這個函式會返回block提交到的queue(這個時候queue應該正在執行中)。在block物件之外呼叫這個函式會返回應用的預設併發queue。
2> 使用dispatch_get_main_queue函式獲得應用主執行緒關聯的序列dispatch queue
3> 使用dispatch_get_global_queue來獲得共享的併發queue

4.Dispatch Queue的記憶體管理

1> Dispatch Queue和其它dispatch物件(還有dispatch source)都是引用計數的資料型別。當你建立一個序列dispatch queue時,初始引用計數為 1,你可以使用dispatch_retain和dispatch_release函式來增加和減少引用計數。當引用計數到達 0 時,系統會非同步地銷燬這個queue

2> 對dispatch物件(如dispatch queue)retain和release 是很重要的,確保它們被使用時能夠保留在記憶體中。和OC物件一樣,通用的規則是如果使用一個傳遞過來的queue,你應該在使用前retain,使用完之後release

3> 你不需要retain或release全域性dispatch queue,包括全域性併發dispatch queue和main dispatch queue

4> 即使你實現的是自動垃圾收集的應用,也需要retain和release建立的dispatch queue和其它dispatch物件。GCD 不支援垃圾收集模型來回收記憶體

四、新增任務到queue

要執行一個任務,你需要將它新增到一個適當的dispatch queue,你可以單個或按組來新增，也可以同步或非同步地執行一個任務,也。一旦進入到queue,queue會負責儘快地執行你的任務。一般可以用一個block來封裝任務內容。

1.新增單個任務到queue

1> 非同步新增任務

你可以非同步或同步地新增一個任務到Queue,儘可能地使用dispatch_async或dispatch_async_f函式非同步地排程任務。因為新增任務到Queue中時,無法確定這些程式碼什麼時候能夠執行。因此非同步地新增block或函式,可以讓你立即排程這些程式碼的執行,然後呼叫執行緒可以繼續去做其它事情。特別是應用主執行緒一定要非同步地 dispatch 任務,這樣才能及時地響應使用者事件

2> 同步新增任務

少數時候你可能希望同步地排程任務,以避免競爭條件或其它同步錯誤。 使用dispatch_sync和dispatch_sync_f函式同步地新增任務到Queue,這兩個函式會阻塞當前呼叫執行緒,直到相應任務完成執行。注意：絕對不要在任務中呼叫 dispatch_sync或dispatch_sync_f函式,並同步排程新任務到當前正在執行的 queue。對於序列queue這一點特別重要,因為這樣做肯定會導致死鎖;而併發queue也應該避免這樣做。

3> 程式碼演示

// 呼叫前，檢視下當前執行緒
NSLog(@"當前呼叫執行緒：%@", [NSThread currentThread]);

// 建立一個序列queue
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("cn.itcast.queue", NULL);

dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"開啟了一個非同步任務，當前執行緒：%@", [NSThread currentThread]);
});

dispatch_sync(queue, ^{
    NSLog(@"開啟了一個同步任務，當前執行緒：%@", [NSThread currentThread]);
});
// 銷燬佇列
dispatch_release(queue);

2013-02-03 09:03:37.348 thread[6491:c07] 當前呼叫執行緒：<NSThread: 0x714fa80>{name = (null), num = 1}
2013-02-03 09:03:37.349 thread[6491:1e03] 開啟了一個非同步任務，當前執行緒：<NSThread: 0x74520a0>{name = (null), num = 3}
2013-02-03 09:03:37.350 thread[6491:c07] 開啟了一個同步任務，當前執行緒：<NSThread: 0x714fa80>{name = (null), num = 1}

如果你使用迴圈執行固定次數的迭代, 併發dispatch queue可能會提高效能。

例如下面的for迴圈：

int i;
int count = 10;
for (i = 0; i < count; i++) {
   printf("%d  ",i);
}

1> 如果每次迭代執行的任務與其它迭代獨立無關,而且迴圈迭代執行順序也無關緊要的話,你可以呼叫dispatch_apply或dispatch_apply_f函式來替換迴圈。這兩個函式為每次迴圈迭代將指定的block或函式提交到queue。當dispatch到併發 queue時,就有可能同時執行多個迴圈迭代。用dispatch_apply或dispatch_apply_f時你可以指定序列或併發 queue。併發queue允許同時執行多個迴圈迭代,而序列queue就沒太大必要使用了。

下面程式碼使用dispatch_apply替換了for迴圈,你傳遞的block必須包含一個size_t型別的引數,用來標識當前迴圈迭代。第一次迭代這個引數值為0,最後一次值為count - 1

// 獲得全域性併發queue
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
size_t count = 10;
dispatch_apply(count, queue, ^(size_t i) {
    printf("%zd ", i);
});
// 銷燬佇列
dispatch_release(queue);

1 2 0 3 4 5 6 7 8 9 

和普通for迴圈一樣,dispatch_apply和dispatch_apply_f函式也是在所有迭代完成之後才會返回，因此這兩個函式會阻塞當前執行緒，主執行緒中呼叫這兩個函式必須小心,可能會阻止事件處理迴圈並無法響應使用者事件。所以如果迴圈程式碼需要一定的時間執行,可以考慮在另一個執行緒中呼叫這兩個函式。如果你傳遞的引數是序列queue,而且正是執行當前程式碼的queue,就會產生死鎖。

3.在主執行緒中執行任務

1> GCD提供一個特殊的dispatch queue,可以在應用的主執行緒中執行任務。只要應用主執行緒設定了run loop(由CFRunLoopRef型別或NSRunLoop物件管理),就會自動建立這個queue,並且最後會自動銷燬。非Cocoa應用如果不顯式地設定run loop, 就必須顯式地呼叫dispatch_main函式來顯式地啟用這個dispatch queue，否則雖然你可以新增任務到queue,但任務永遠不會被執行。

2> 呼叫dispatch_get_main_queue函式獲得應用主執行緒的dispatch queue,新增到這個queue的任務由主執行緒序列化執行

3> 程式碼實現，比如非同步下載圖片後，回到主執行緒顯示圖片

// 非同步下載圖片
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://car0.autoimg.cn/upload/spec/9579/u_20120110174805627264.jpg"];
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:[NSData dataWithContentsOfURL:url]];
    
    // 回到主執行緒顯示圖片
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.imageView.image = image;
    });
});

GCD支援Cocoa記憶體管理機制,因此可以在提交到queue的block中自由地使用Objective-C物件。每個dispatch queue維護自己的autorelease pool確保釋放autorelease物件,但是queue不保證這些物件實際釋放的時間。如果應用消耗大量記憶體,並且建立大量autorelease物件,你需要建立自己的autorelease pool,用來及時地釋放不再使用的物件。

五、暫停和繼續queue

我們可以使用dispatch_suspend函式暫停一個queue以阻止它執行block物件;使用dispatch_resume函式繼續dispatch queue。呼叫dispatch_suspend會增加queue的引用計數,呼叫dispatch_resume則減少queue的引用計數。當引用計數大於0時,queue就保持掛起狀態。因此你必須對應地呼叫suspend和resume函式。掛起和繼續是非同步的,而且只在執行block之間（比如在執行一個新的block之前或之後）生效。掛起一個queue不會導致正在執行的block停止。

六、Dispatch Group的使用

假設有這樣一個需求：從網路上下載兩張不同的圖片，然後顯示到不同的UIImageView上去，一般可以這樣實現

// 根據url獲取UIImage
- (UIImage *)imageWithURLString:(NSString *)urlString {
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:urlString];
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    return [UIImage imageWithData:data];
}

- (void)downloadImages {
    // 非同步下載圖片
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 下載第一張圖片
        NSString *url1 = @"http://car0.autoimg.cn/upload/spec/9579/u_20120110174805627264.jpg";
        UIImage *image1 = [self imageWithURLString:url1];
        
        // 下載第二張圖片
        NSString *url2 = @"http://hiphotos.baidu.com/lvpics/pic/item/3a86813d1fa41768bba16746.jpg";
        UIImage *image2 = [self imageWithURLString:url2];
        
        // 回到主執行緒顯示圖片
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.imageView1.image = image1;
            
            self.imageView2.image = image2;
        });
    });
}

我們可以使用dispatch_group_async函式將多個任務關聯到一個Dispatch Group和相應的queue中，group會併發地同時執行這些任務。而且Dispatch Group可以用來阻塞一個執行緒, 直到group關聯的所有的任務完成執行。有時候你必須等待任務完成的結果,然後才能繼續後面的處理。

下面用Dispatch Group優化上面的程式碼：

// 根據url獲取UIImage
- (UIImage *)imageWithURLString:(NSString *)urlString {
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:urlString];
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    // 這裡並沒有自動釋放UIImage物件
    return [[UIImage alloc] initWithData:data];
}

- (void)downloadImages {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    
    // 非同步下載圖片
    dispatch_async(queue, ^{
        // 建立一個組
        dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
        
        __block UIImage *image1 = nil;
        __block UIImage *image2 = nil;
        
        // 關聯一個任務到group
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            // 下載第一張圖片
            NSString *url1 = @"http://car0.autoimg.cn/upload/spec/9579/u_20120110174805627264.jpg";
            image1 = [self imageWithURLString:url1];
        });
        
        // 關聯一個任務到group
        dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
            // 下載第一張圖片
            NSString *url2 = @"http://hiphotos.baidu.com/lvpics/pic/item/3a86813d1fa41768bba16746.jpg";
            image2 = [self imageWithURLString:url2];
        });
        
        // 等待組中的任務執行完畢,回到主執行緒執行block回撥
        dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.imageView1.image = image1;
            self.imageView2.image = image2;
            
            // 千萬不要在非同步執行緒中自動釋放UIImage，因為當非同步執行緒結束，非同步執行緒的自動釋放池也會被銷燬，那麼UIImage也會被銷燬
            
            // 在這裡釋放圖片資源
            [image1 release];
            [image2 release];
        });
        
        // 釋放group
        dispatch_release(group);
    });
}