Dispatch Queues調度隊列

前言－死鎖案例

// 在主線程中執行
dispatch_queue_t queueMain = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(queueMain, ^{
        NSLog(@"+++++++");
});
NSLog(@"hahahaha");

案例分析：運行結果是程序阻塞在dispatch_sync()處。因爲main線程執行到dispatch_sync()處，線程處於等待狀態。將block任務塊添加到主串行隊列最後，block等待當前任務(即正在主線程中執行的任務)執行完畢，而當前任務由於阻塞沒法結束，致使兩邊都在等待，因此出現死鎖。

 

1、簡介

Dispatch queues是一種異步和併發執行任務的簡單方式，將任務經過function或者block object的方式添加到dispatch queue。使用Dispatch queue仍是使用thread？Dispatch queue中只須要封裝任務，再將任務加到合適的Disptch queue，由系統去管理線程。若是用thread，須要作的工做就多了。使用Dispatch queue實現同步，實現效果比加鎖要有效。

由dispatch queue管理提交的任務，全部任務聽從先進先出的規則，先添加到dispatch queue中的任務會最早開始執行。GCD提供了一些現成的dispatch queue，或者也能夠本身定製dispatch queue。dispatch queue可分爲3類：

一、Serial queues串行隊列

serial queues(private dispatch queue)按dispatch queue中的順序一個時間執行一個任務，經常使用於同步的獲取指定資源。你能夠隨意建立serial queues，多個serial queues之間是並行的。換句話說，建立了4個serial queues，單個queue中的任務串行，queue與queue中的任務是並行的。

二、Concurrent queues併發隊列

concurrent queues(global dispatch queue)併發的執行一個或多個任務，但也是按照先進先出的順序開始啓動任務。在某個時間點，可執行任務數量的上限取決於系統狀態。在iOS5之後，能夠經過函數dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)獲取4中queue，也能夠經過如下代碼建立：

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.dispatch.concurrent", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

三、Main dispatch queue主隊列

main dispatch queue(globally available serial queue)中的任務在主線程上串行執行。此queue和應用的run loop配合工做，主線程中在執行run loop的事件源後，插入queue任務。main dispatch queue爲應用的主要同步queue。儘管不須要本身建立main dispatch queue，但使用時要注意。

 

2、與Dispatch Queues相關的技術

一、Dispatch groups

二、Dispatch semaphores

三、Dispatch sources(specific types of system events)

 

3、Block任務

一、block使用準則：

1）dispatch queue中的blocks異步地執行，最好在block只捕捉上下文中純變量，不要試圖捕捉結構體或者其它基於指針的變量，這些變量由調用上下文來分配和回收。緣由是在block執行中，捕獲的變量內存可能已經被回收。固然有解決方案，好比爲該對象分配內存，而後blcok指向並retain當前內存。

2）dispatch queue會copy添加到其中的block。等任務結束再釋放block。換句話說，在添加到queue時不須要明確寫copy代碼。

3）儘管在執行小任務時，queues調度執行任務比原始的threads更有效，但調度和執行block仍然有開銷。若是block中的任務輕，直接執行反而更高效。

4）不要緩存與基礎線程相關的數據，不要試圖從其它的block中獲取數據。若是但願同一個queue中的數據共享，使用dispatch queue的context指針來實現。

5）若是block內部建立了不少的OC對象，將block代碼加到@autorelease塊中，這樣能更及時釋放再也不使用的對象。儘管dispatch queue中帶有自動釋放池，但不保證會及時回收那些OC對象。

 

 4、建立和管理Dispatch Queue

一、獲取Global Concurrent Dispatch Queues。

每一個應用程序有4個global concurrent dispatch queues，他們之間只有優先級的區別，包括的優先級有：DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGHDISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT、DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW、DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND。儘管dispatch queue存在引用計數，但不須要retain/release該隊列，由於他們在應用中是全局可訪問的，只須要經過方法獲取該queue便可，代碼以下：

dispatch_queue_t aQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

二、建立Serial Dispatch Queues

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.MyQueue", NULL);

第一個參數是隊列的名稱，第二個暫時固定爲NULL。

三、獲取runtime的Common Queues

1）dispatch_get_current_queue()獲取當前隊列。若是在block內部調用，則返回的是block添加到的queue。若是是block外部調用，則返回當前queue。

2）dispatch_get_main_queue()獲取主線程隊列。

3）dispatch_get_global_queue()獲取全局併發隊列。

四、Dispatch Queue的內存管理

併發隊列和主隊列都不須要考慮內存管理的問題，只須要考慮本身定義的串行隊列。經過dispatch_retain和dispatch_release方法增長和減小隊列對象的引用計數器。

見到過在dealloc方法中，調用dispatch_release釋放自定義的串行隊列。

五、Dispatch Queue中數據存儲－Context

dispatch queue能經過dispatch_set_context函數關聯context data，經過dispatch_get_context方法來獲取context data，context data存儲了指向OC對象或者是數據結構的指針。context data須要手動分配和釋放內存，可以使用queue的finalizer函數完成釋放。代碼以下：

dispatch_queue_t storeData()
{
    MyDataContext *contextData = (MyDataContext*) malloc(sizeof(MyDataContext));
    myInitializeDataContextFunction(contextData);
 
    // 建立串行隊列，設置context data
    dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.example.CriticalTaskQueue", NULL);
    dispatch_set_context(serialQueue, contextData);

    // 回收context data
    dispatch_set_finalizer_f(serialQueue, &myFinalizerFunction);
 
    return serialQueue;
}

void myFinalizerFunction(void *context)
{
    MyDataContext* contextData = (MyDataContext*)context;
 
    // 清理內容結構
    myCleanUpDataContextFunction(contextData);
 
    // 釋放
    free(contextData);
}

 

5、往Dispatch Queues中添加任務

一、添加單一任務

dispatch_sync()同步調用，會阻塞方法所在線程。

dispatch_async()異步調用，不會阻塞線程。

 

dispatch_barrier_async()。等待前面的任務所有結束，該task才能執行，而後後面的任務才能啓動執行

dispatch_once(&onceToken,^{});  // static dispatch_once_t onceToken;

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW,(int64_t)(2.0*NSEC_PER_SEC)),dispatch_get_main_queue(), ^{});// 將2秒後需執行的任務......

二、Completion Block

在dispatch queue中的某個任務執行結束後，通知作些後續操做。不一樣於回調機制，dispatch queue採用completion block實現。具體操做是，在其任務最後添加將completion block提交到指定queue中。

//  myBlock和myQueue分別就是completion block和提交至的queue
void sum_async(int data01, int data02, dispatch_queue_t myQueue, void (^myBlock)(int))
{
   // Retain the queue provided by the user to make sure it does not disappear before the completion block can be called.
　　dispatch_retain(myQueue);
 
   // Do the work on the default concurrent queue, then call the user-provided block with the results.        
　　dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
　　　　int sumValue = data + len;
　　　　dispatch_async(myQueue, ^{ myBlock(sumValue); 
　　});
 
　　// Release the user-provided queue when done
　　dispatch_release(myQueue);
  });
}

三、併發執行循環迭代dispatch_apply()

在執行指定次數的循環中，且單個循環間彼此獨立、執行的前後順序可有可無。這時不該該再採用最初的for循環依次遍歷，而應考慮經過concurrent dispatch queue提升性能。有個函數dispatch_apply()，能一次性的將全部循環提交給queue，當提交給concurrent queue時，就能同一時間執行多個循環。

固然也能夠將任務提交到serial queue，但沒什麼優點和意義，不建議。

注意：跟普通的循環同樣，dispatch_apply函數需等全部的循環運行結束後纔會返回。由於會堵塞當前線程，在主線程中要慎用，避免執行全部循環阻礙主線程及時響應事件。若是循環要求比較長的處理時間，你應該在其它線程上調用dispatch_apply。

避免出現死鎖場景：執行dispatch_apply所在線程的queue和入參中的queue是同一個，且queue是serial queue，那麼線程執行到dispatch_apply函數時，需等待全部循環運行結束，而serial queue中的任務又只執行到dispatch_apply，得等當前任務執行完畢，雙方互相等待彼此結束任務。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// count是總共循環次數，i是當前循環數
dispatch_apply(count, queue, ^(size_t i) {
   printf("%u\n",i);
});

四、在主線程上執行任務

GCD提供的一個特殊的main dispatch queue，其中的任務在主線程中串行。可經過dispatch_get_main_queue函數可獲取該queue，它由應用自動提供且自動回收，給主線程建立了一個run loop。

若是建立的不是cocoa應用程序，也不想明確建立run loop，那必須調用dispatch_main函數去明確執行main dispatch queue中的任務，不然，queue中的任務永遠不會執行。

五、在任務中使用OC對象

GCD創建在cocoa內存管理的基礎上，能夠在任務中任意使用OC對象，每個dispatch queue都擁有本身的autorelease pool。但若是應用內存要求嚴格，且在任務中添加了不少的autoreleased對象，想要及時釋放這些對象，建立本身的autorelease pool。

 

6、暫停和恢復Queue

經過調用dispatch_suspend函數暫時中止queue中的任務執行，調用dispatch_resume函數恢復執行。有一個suspension reference count，當暫停時該引用計數增長，當恢復時引用計數減小，爲0時，queue是暫停狀態。所以，必須平衡調用suspend和resume方法。

注意：這兩個方法都是異步執行，在queue中任務之間生效，也就是說暫停不會讓正在執行的任務停止，停止是下一個任務。

 

七、使用Dispatch Semaphore來有效使用有限資源

給某個有限資源，指定能同時訪問的最大數量，能夠經過dispatch semaphore實現。dispatch semaphore跟大多數semaphore同樣，除了獲取dispatch semaphore比系統的semaphore要快。這是由於GCD通常不訪問內核，只有在資源不可用時，纔會去內核調用，系統暫停線程以待semaphore發出信號。使用以下：

一、經過dispatch_semaphore_create函數建立semaphore，能夠選擇指定一個正整數來顯示一次可訪問上限。

二、在每一個任務，經過dispatch_semaphore_wait函數等待信號量。

三、當信號量發出信號，就能獲取資源執行任務。

四、當使用資源結束後，經過dispatch_semaphore_signal函數釋放信號併發出信號。

這些步驟如何工做可參考系統的file descriptor。每一個應用提供了有限的file descriptors，若是某個任務是處理大量的文件，你不想一次打開這麼多文件以致於耗盡file descriptors，這時，就能夠採用semaphore去限制使用file descriptors的數量，使用部分代碼以下：

// Create the semaphore, specifying the initial pool size
dispatch_semaphore_t fd_sema = dispatch_semaphore_create(getdtablesize() / 2);
 
// Wait for a free file descriptor
dispatch_semaphore_wait(fd_sema, DISPATCH_TIME_FOREVER);
fd = open("/etc/services", O_RDONLY);
 
// Release the file descriptor when done
close(fd);
dispatch_semaphore_signal(fd_sema);

 

8、Group Queue組任務隊列

 dispatch group阻塞線程直到一個或多個任務執行結束。可用的場景是等待全部指定任務完成後，再執行某任務。另外一個相似於使用dispatch group的是thread join，二者實現方式不一樣。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
 
// Add a task to the group
dispatch_group_async(group, queue, ^{
   // Some asynchronous work
});
 
// Do some other work while the tasks execute.
 
// When you cannot make any more forward progress,
// wait on the group to block the current thread.
dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
 
// Release the group when it is no longer needed.
dispatch_release(group);

 

9、Dispatch queues和線程安全

任什麼時候候實現併發，都須要知道如下幾點：

一、dispatch queue自己是線程安全的，換句話說，能夠從任何線程提交任務到queue中，不須要考慮queue的鎖和同步問題。

二、dispatch_sync調用所在的queueA，與入參queueB，若是queueA和queueB是同一個queue，那麼會形成死鎖的狀況。使用dispatch_async函數就不會。

三、避免在任務中使用鎖。若是是串行隊列，若是獲取不到鎖，會阻塞整個隊列中的任務執行。若是是並行隊列，獲取不到鎖，會阻塞隊列中其它任務的執行。因此須要同步執行代碼，使用serial dispatch queue代替鎖。

四、儘管能夠獲取任務所在基礎線程信息，最好不要這樣作。

 

10、該博客翻譯自蘋果官方文檔

https://developer.apple.com/library/content/documentation/General/Conceptual/ConcurrencyProgrammingGuide/OperationQueues/OperationQueues.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008091-CH102-SW8