给 iOS 开发者的 GCD 用户手册
Grand Central Dispatch,或者GCD,是一个极其强大的工具。它给你一些底层的组件,像队列和信号量,让你可以通过一些有趣的方式来获得有用的多线程效果。可惜的是,这个基于C的API是一个有点神秘,它不会明显的告诉你如何使用这个底层组件来实现更高层次的方法。在这篇文章中,我希望描述那些你可以通过GCD提供给你的底层组件来实现的一些用法。
后台工作也许最简单的用法,GCD让你在后台线程上做一些工作,然后回到主线程继续处理,因为像那些属于 UIKit 的组件只能(主要)在主线程中使用。
在本指南中,我将使用 doSomeExpensiveWork() 方法来表示一些长时间运行的有返回值的任务。
这种模式可以像这样建立起来:
let defaultPriority = DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT let backgroundQueue = dispatch_get_global_queue(defaultPriority, 0) dispatch_async(backgroundQueue, { let result = doSomeExpensiveWork() dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), { //use `result` somehow
在实践中,我从不使用任何队列优先级除了 DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT 。这返回一个队列,它可以支持数百个线程的执行。如果你的耗性能的工作总是在一个特定的后台队列中发生,你也可用通过 dispatch_queue_create 方法来创建自己的队列。 dispatch_queue_create 可以创建一个任意名称的队列,无论它是串行的还是并行的。
注意每一个调用使用 dispatch_async ,不使用 dispatch_sync 。dispatch_async 在 block 执行前返回,而dispatch_sync 会等到 block 执行完毕才返回。内部的调用可以使用 dispatch_sync(因为不管它什么时候返回),但外部必须调用 dispatch_async (否则,主线程会被阻塞)。
创建单例dispatch_once 是一个可以被用来创建单例的API。在 Swift 中它不再是必要的,因为 Swift 中有一个更简单的方法来创建单例。为了以后,当然,我把它写在这里(用 Objective-C )。
+ (instancetype) sharedInstance { static dispatch_once_t onceToken; static id sharedInstance; dispatch_once( onceToken, ^{ sharedInstance = [[self alloc] init]; }); return sharedInstance;扁平化一个完整的block
现在 GCD 开始变得有趣了。使用一个信号量,我们可以让一个线程暂停任意时间,直到另一个线程向它发送一个信号。这个信号量,就像 GCD 其余部分一样,是线程安全的,并且他们可以从任何地方被触发。
当你需要去同步一个你不能修改的异步API时,你可以使用信号量解决问题。
// on a background queue dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0) doSomeExpensiveWorkAsynchronously(completionBlock: { dispatch_semaphore_signal(semaphore) dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER) //the expensive asynchronous work is now done
dispatch_semaphore_wait 会阻塞线程直到 dispatch_semaphore_signal 被调用。这就意味着 signal 一定要在另外一个线程中被调用,因为当前线程被完全阻塞。此外,你不应该在在主线程中调用 wait ,只能在后台线程。
在调用 dispatch_semaphore_wait 时你可以选择任意的超时时间,但是我倾向于一直使用 DISPATCH_TIME_FOREVER 。
这可能不是完全显而易见的,为什么你要把已有的一个完整的 block 代码变为扁平化,但它确实很方便。我最近使用的一种情况是,执行一系列必须连续发生的异步任务。这个使用这种方式的简单抽象被称作 AsyncSerialWorker :
typealias DoneBlock = () - () typealias WorkBlock = (DoneBlock) - () class AsyncSerialWorker { private let serialQueue = dispatch_queue_create("com.khanlou.serial.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL) func enqueueWork(work: WorkBlock) { dispatch_async(serialQueue) { let semaphore = dispatch_semaphore_create(0) work({ dispatch_semaphore_signal(semaphore) dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER)
这一小类可以创建一个串行队列,并允许你将工作添加到 block 中。当你的工作完成后, WorkBlock 会调用 DoneBlock ,开启信号量,并允许串行队列继续。
限制并发 block 的数量。在前面的例子中,信号量作为一个简单的标志,但它也可以被用来作为一种有限的资源计数器。如果你想在一个特定资源上打开特定数量的连接,你可以使用下面的代码:
class LimitedWorker { private let concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.khanlou.concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT) private let semaphore: dispatch_semaphore_t init(limit: Int) { semaphore = dispatch_semaphore_create(limit) func enqueueWork(work: () - ()) { dispatch_async(concurrentQueue) { dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER) work() dispatch_semaphore_signal(semaphore)
这个例子从苹果的Concurrency Programming Guide拿来的。他们可以更好的解释在这里发生了什么:
当你创建一个信号量时,你可以指定你的可用资源的数量。这个值是信号量的初始计数变量。你每一次等待信号量发送信号时,这个 dispatch_semaphore_wait 方法使计数变量递减1。如果产生的值是负的,则函数告诉内核来阻止你的线程。在另一端,这个 dispatch_semaphore_signal 函数递增count变量用1表示资源已被释放。如果有任务阻塞和等待资源,其中一个随即被放行并进行它的工作。
其效果类似于 maxConcurrentOperationCount 在 NSOperationQueue 。如果你使用原 GCD队 列而不是 NSOperationQueue,你可以使用信号庄主来限制同时执行的 block 数量。
一个值得注意的就是,每次你调用 enqueueWork ,如果你打开信号量的限制,就会启动一个新线程。如果你有一个低限并且大量工作的队列,您可以创建数百个线程。一如既往,先配置文件,然后更改代码。
等待许多并发任务来完成如果你有多 block 工作来执行,并且在他们集体完成时你需要发一个通知,你可以使用 group 。dispatch_group_async 允许你在队列中添加工作(在 block 里面的工作应该是同步的),并且记录添加了多少了项目。注意,在同一个 dispatch group 中可以将工作添加到不同的队列中,并且可以跟踪它们。当所有跟踪的工作完成,这个 block 开始运行 dispatch_group_notify,就像是一个完整的 block 。
dispatch_group_t group = dispatch_group_create() for item in someArray { dispatch_group_async(group, backgroundQueue, { performExpensiveWork(item: item) dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), { // all the work is complete
拥有一个完整的block,对于扁平化一个功能来说是一个很好的案例。 dispatch group 认为,当它返回时,这个 block 应该完成了,所以你需要这个 block 等待直到其他工作已经完成。
有更多的手动方式来使用 dispatch groups ,特别是如果你耗性能的工作已经是异步的:
// must be on a background thread dispatch_group_t group = dispatch_group_create() for item in someArray { dispatch_group_enter(group) performExpensiveAsyncWork(item: item, completionBlock: { dispatch_group_leave(group) dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER) // all the work is complete
这段代码是比较复杂的,但通过一行一行的阅读可以帮助理解它。就像信号量,groups 也还保持线程安全,是一个你可以操作的内部计数器。您可以使用此计数器来确保在执行完成 block 之前,多个长的运行任务都已完成。使用 “enter” 递增计数器,并用 “leave” 递减计数器。 dispatch_group_async 为你处理所有的这些细节,所以我愿意尽可能的使用它。
在这段代码的最后一点是 wait 方法:它会阻塞线程,并等待计数器为0后,继续执行。注意,即使你使用了enter/leaveAPI,你也可以在在队列中添加一个 dispatch_group_notify block.反过来也是对的:当你使用 dispatch_group_async API时你也可以使用 dispatch_group_wait 。
dispatch_group_wait,就像dispatch_semaphore_wait一样,可以设置超时。再一次声明,DISPATCH_TIME_FOREVER 已非常足够使用, 我从未觉得需要使用其他的来设置超时。当然就像 dispatch_semaphore_wait 一样,永远不要在主线程使用dispatch_group_wait 。
两者之间最大的区别是,使用 notify 可以完全从主线程调用,而使用 wait,必须发生在后台队列(至少 wait 的部分,因为它会完全阻塞当前队列)。
隔离队列Swift 语言的 Dictionary (和 Array )类型都是值类型。 当他们被改变时, 他们的引用会完全被新的结构给替代。当然,因为更新实例变量的 Swift 对象不是原子性的,它们不是线程安全的。双线程可以在同一时间更新一个字典(例如,增加一个值),并且两个尝试写在同一块内存,这可能导致内存损坏。我们可以使用隔离队列来实现线程安全。 让我们创建一个 [identity map] (http://martinfowler.com/eaaCatalog/identityMap.html)。 identity map 是一个字典,将项目从其ID 属性映射到模型对象。
class IdentityMap T: Identifiable { var dictionary = Dictionary String, T () func object(forID ID: String) - T? { return dictionary[ID] as T? func addObject(object: T) { dictionary[object.ID] = object
这个对象基本上是一个字典的包装器。如果我们的方法 addObject 同一时间被多个线程所调用,它可能会损害内存,因为这些线程对对同一个引用进行处理。这被称之为 readers-writers problem。总之,我们可以同时有多个读者阅读,但是只有一个线程可以在任何给定的时间写。 幸运的是,GCD 给了我们很好的工具去处理这样的情况。我们可以使用以下四种 API :
dispatch_sync dispatch_async dispatch_barrier_sync dispatch_barrier_async我们理想的情况是,读同步,同时,而写可以异步,当引用该对象时必须是唯一的。 GCD 的 barrier API集可以做一些特别的事情:他们执行 block 之前必须等到队列完全空了。使用 barrier API去进行字典写入的操作将会被限制,这样确保我们永远不会有任何写入发生在同一时间,无论是读取或是写入。
class IdentityMap T: Identifiable { var dictionary = Dictionary String, T () let accessQueue = dispatch_queue_create("com.khanlou.isolation.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT) func object(withID ID: String) - T? { var result: T? = nil dispatch_sync(accessQueue, { result = dictionary[ID] as T? return result func addObject(object: T) { dispatch_barrier_async(accessQueue, { dictionary[object.ID] = object
dispatch_sync 将 block 添加到我们的隔离队列,然后等待它在返回之前执行。这样,我们就会有我们的同步阅读的结果。(如果我们没有做到同步,我们的 getter 方法可能需要一个完成的 block 。)因为 accessQueue 是并发的,这些同步读取就能同时发生。 dispatch_barrier_async 将 block 添加到隔离队列。这个 async 部分意味着它将实际执行的 block 之前返回(执行写入操作)。这对我们的表现有好处,但也有一个缺点是,在 “write” 操作后立即执行 “read” 操作可能会导致获取改变之前的旧数据。 这个 dispatch_barrier_async 的 barrier 部分,意味着它将等待直到当前运行队列中的每个 block 执行完毕后才执行。其他 block 将在它后面排队,当barrier调度完成时执行。
总结Grand Central Dispatch 是一个有很多底层语言的框架。使用它们,这个是我能建立的比较高级的技术。如果有其他一些你使用的GCD的高级用法而我没有罗列在这里,我喜欢听到它们并将它们添加到列表中。
原文发布时间为:2016年06月12日 本文来自云栖社区合作伙伴掘金,了解相关信息可以关注掘金网站。2014年 TOP 10 iOS 开发者会议 对iOS开发者来说,2014年是非常精彩的一年。除了每月都会在世界各地举办的Cocoaheads外,还有很多非常酷的会议可以让你和全世界的iOS开发者、演讲者交流。
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