GCD之隊列的實現和使用

1、什麼是GCD?

如下是摘自蘋果的官方說明。

Grand Central Dispatch（GCD）是異步執行任務的技術之一。通常將應用程序中記述的線程管理用的代碼在系統級中實現。開發者只須要定義想執行的任務並追加到適當的Dispatch Queue中，GCD就能生成必要的線程並計劃執行任務。

 

2、GCD實現之Dispatch Queue

• 用於管理追加的Block的C語言層實現的FIFO隊列
• Atomic函數中實現的用於排他控制的輕量級信號
• 用於管理線程的C語言層實現的一些容器

GCD的API所有包含在libdispatch庫中的C語言函數。Dispatch Queue經過結構體和鏈表，被實現爲FIFO隊列。FIFO隊列管理是經過dispatch_async等函數所追加的Block。

Block並非直接加入FIFO隊列，而是先加入Dispatch Continuation這一dispatch_continution_t類結構體中，而後再加入FIFO隊列。該Dispatch Continuation用於記憶Block所屬的Dispatch Group和其餘一些信息，至關於通常常說的執行上下文。

Dispatch Queue可經過dispatch_set_target_queue函數設定，能夠設定執行該Dispatch Queue處理的Dispatch Queue爲目標。該目標可像串珠子同樣，設定多個鏈接在一塊兒的Dispatch Queue。可是在鏈接串的最後必須設定爲Main Dispatch Queue，或各類優先級的Global Dispatch Queue,或是準備用於Serial Dispatch Queue的各類優先級的 Global Dispatch Queue.

Global Dispatch Queue有以下8種。

• Global Dispatch Queue （High Priority）
• Global Dispatch Queue （Default Priority）
• Global Dispatch Queue （Low Priority）
• Global Dispatch Queue （Background Priority）
• Global Dispatch Queue （High Overcommit Priority）
• Global Dispatch Queue （Default Overcommit Priority）
• Global Dispatch Queue （Low Overcommit Priority）
• Global Dispatch Queue （Background Overcommit Priority）

優先級中附有Overcommit的Global Dispatch Queue使用在Serial Dispatch Queue中。如Overcommit這個名稱所示，無論系統狀態如何，都會強制生成線程的Dispatch Queue。

這8種Global Dispatch Queue各使用1個pthread_workqueue。GCD初始化時，使用pthread_workqueue_create_np函數生成pthread_workqueue。 

pthread_workqueue包含在Libc提供的pthreads API中。其使用bsdthread_register和workq_open系統調用，在初始化XNU內核的workqueue以後獲取workqueue信息。

XNU內核持有4中workqueue。

• WORKQUEUE_HIGH_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_DEFAULT_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_LOW_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_BG_PRIOQUEUE

以上爲4種執行優先級的workqueue。該執行優先級與Global Dispatch Queue的4種執行優先級相同。

 

Dispatch Queue中執行Block的過程。

當在Global Dispatch Queue中執行Block時，libdispatch從Global Dispatch Queue自身的FIFO隊列中取出Dispatch Continuation，調用pthread_workqueue_additem_np函數。將該Global Dispatch Queue自身、符合其優先級的workqueue信息以及爲執行Dispatch Continuation的回調函數等傳遞給參數。

  

pthread_workqueue_additem_np函數使用workq_kernreturn系統調用，通知workqueue增長應當執行的項目。根據該通知，XNU內核基於系統狀態判斷是否須要生成線程。若是是Overcommit優先級的Global Dispatch Queue，workqueue則始終生成線程。

workqueue的線程執行pthread_workqueue函數，該函數調用libdispatch的回調函數。在該回調函數中執行加入到Dispatch Continuation的Block。

Block執行結束後，進行通知Dispatch Group結束、釋放Dispatch Continuation等處理，開始準備執行加入到Global Dispatch Queue中的下一個Block。

以上就是Dispatch Queue執行的大概過程。

 

3、線程和隊列

線程是代碼執行的路徑，隊列則是用於保存以及管理任務的，線程負責去隊列中取任務進行執行。

1、隊列

是管理線程的，至關於線程池,能管理線程何時執行。

隊列分爲串行隊列和並行隊列等

串行隊列：隊列中的任務按順序執行

並行隊列：隊列中的任務會併發執行。任務執行完畢了，不必定出隊列。只有前面的任務執行完了，纔會出隊列。

 

串行隊列：隊列中的任務只會順序執行，多個串行隊列可並行執行

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create(「xxx」,DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

 

並行隊列：隊列中的任務會併發執行

dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create(「xxx」, DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

 

全局隊列：與並行隊列相似，但調試時，沒法確認操做所在隊列

dispatch_queue_t q = dispatch_get_global_queue(dispatch_queue_priority_default, 0);

 

主隊列：每個程序對應惟一一個主隊列；在多線程開發中，使用主隊列更新UI

dispatch_queue_t q = dispatch_get_main_queue();

 

二、同步和異步

dispatch_async （異步操做函數），就是將指定的Block「非同步」地追加到指定的隊列(queue)中。dispatch_async函數不作任何等待。會新開線程

 

 

 

 

dispatch_sync（ 同步操做函數），就是將指定的Block「同步」地追加到指定的隊列(queue)中。在追加Block結束以前，dispatch_sync函數會一直等待；不會新開線程

 

 

   

三、隊列和操做的組合

串行隊列同步操做：同步操做不會新開線程、操做順序執行

串行隊列異步操做：異步操做新開一個子線程、操做順序執行，「最安全的選擇」

並行隊列同步操做：同步操做不會新開線程、操做順序執行

並行隊列異步操做：異步操做會新開多個線程（有多少任務，就開n個線程執行）、操做無序執行；隊列前若是有其餘任務，會等待前面的任務完成以後再執行；場景：既不影響主線程，又不須要順序執行的操做！ 

全局隊列異步操做：異步操做會新建多個線程、操做無序執行，隊列前若是有其餘任務，會等待前面的任務完成以後再執行

全局隊列同步操做：同步操做不會新建線程、操做順序執行

主隊列異步操做：異步操做都在主線程上順序執行的，不存在異步的概念

主隊列同步操做：會死鎖

 

四、會引發死鎖的2種狀況

一、在主線程中運用主隊列同步。

- (void)viewDidLoad {

    [super viewDidLoad];

    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{      

        NSLog(@"hello");

    });

}

同步對於任務是馬上執行的，那麼當把任務放進主隊列時，它就會立馬執行,只有執行完這個任務，viewDidLoad纔會繼續向下執行。

而viewDidLoad和任務都是在主隊列上的，因爲隊列的先進先出原則，任務又需等待viewDidLoad執行完畢後才能繼續執行，viewDidLoad和這個任務就造成了相互循環等待，就形成了死鎖。

想避免這種死鎖，能夠將同步改爲異步dispatch_async,或者將dispatch_get_main_queue換成其餘串行或並行隊列，均可以解決。

 

 二、在串行隊列中同步的向這個串行隊列追加Block

 dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("xxx", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

 dispatch_async(serialQueue, ^{

        dispatch_sync(serialQueue, ^{

            NSLog(@"hello");

        });

});

想避免這種死鎖，能夠將同步改爲異步dispatch_async,或者將串行隊列換爲並行隊列，均可以解決。

 

以上部份內容參考自《Objective-C高級編程》一書