GCD介紹(一):基本概念和Dispatch Queue
什么是GCD？
Grand Central Dispatch或者GCD，是一套低層API，提供了一種新的方法來進行并發(fā)程序編寫。從基本功能上講，GCD有點像NSOperationQueue，他們都允許程序?qū)⑷蝿?wù)切分為多個單一任務(wù)然后提交至工作隊列來并發(fā)地或者串行地執(zhí)行。GCD比之NSOpertionQueue更底層更高效，并且它不是Cocoa框架的一部分。
除了代碼的平行執(zhí)行能力，GCD還提供高度集成的事件控制系統(tǒng)?？梢栽O(shè)置句柄來響應(yīng)文件描述符、mach ports（Mach port 用于 OS X上的進程間通訊）、進程、計時器、信號、用戶生成事件。這些句柄通過GCD來并發(fā)執(zhí)行。
GCD的API很大程度上基于block，當(dāng)然，GCD也可以脫離block來使用，比如使用傳統(tǒng)c機制提供函數(shù)指針和上下文指針。實踐證明，當(dāng)配合block使用時，GCD非常簡單易用且能發(fā)揮其***能力。
你可以在Mac上敲命令“man dispatch”來獲取GCD的文檔。
為何使用?
GCD提供很多超越傳統(tǒng)多線程編程的優(yōu)勢：
- 易用: GCD比之thread跟簡單易用。由于GCD基于work unit而非像thread那樣基于運算，所以GCD可以控制諸如等待任務(wù)結(jié)束、監(jiān)視文件描述符、周期執(zhí)行代碼以及工作掛起等任務(wù)?；赽lock的血統(tǒng)導(dǎo)致它能極為簡單得在不同代碼作用域之間傳遞上下文。
- 效率: GCD被實現(xiàn)得如此輕量和優(yōu)雅，使得它在很多地方比之專門創(chuàng)建消耗資源的線程更實用且快速。這關(guān)系到易用性：導(dǎo)致GCD易用的原因有一部分在于你可以不用擔(dān)心太多的效率問題而僅僅使用它就行了。
- 性能: GCD自動根據(jù)系統(tǒng)負載來增減線程數(shù)量，這就減少了上下文切換以及增加了計算效率。
Dispatch Objects
盡管GCD是純c語言的，但它被組建成面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格。GCD對象被稱為dispatch object。Dispatch object像Cocoa對象一樣是引用計數(shù)的。使用dispatch_release和dispatch_retain函數(shù)來操作dispatch object的引用計數(shù)來進行內(nèi)存管理。但主意不像Cocoa對象，dispatch object并不參與垃圾回收系統(tǒng)，所以即使開啟了GC，你也必須手動管理GCD對象的內(nèi)存。
Dispatch queues 和 dispatch sources（后面會介紹到）可以被掛起和恢復(fù)，可以有一個相關(guān)聯(lián)的任意上下文指針，可以有一個相關(guān)聯(lián)的任務(wù)完成觸發(fā)函數(shù)。可以查閱“man dispatch_object”來獲取這些功能的更多信息。
Dispatch Queues
GCD的基本概念就是dispatch queue。dispatch queue是一個對象，它可以接受任務(wù)，并將任務(wù)以先到先執(zhí)行的順序來執(zhí)行。dispatch queue可以是并發(fā)的或串行的。并發(fā)任務(wù)會像NSOperationQueue那樣基于系統(tǒng)負載來合適地并發(fā)進行，串行隊列同一時間只執(zhí)行單一任務(wù)。
GCD中有三種隊列類型：
- The main queue: 與主線程功能相同。實際上，提交至main queue的任務(wù)會在主線程中執(zhí)行。main queue可以調(diào)用dispatch_get_main_queue()來獲得。因為main queue是與主線程相關(guān)的，所以這是一個串行隊列。
- Global queues: 全局隊列是并發(fā)隊列，并由整個進程共享。進程中存在三個全局隊列：高、中（默認）、低三個優(yōu)先級隊列?？梢哉{(diào)用dispatch_get_global_queue函數(shù)傳入優(yōu)先級來訪問隊列。
- 用戶隊列: 用戶隊列 (GCD并不這樣稱呼這種隊列, 但是沒有一個特定的名字來形容這種隊列，所以我們稱其為用戶隊列) 是用函數(shù) dispatch_queue_create 創(chuàng)建的隊列. 這些隊列是串行的。正因為如此，它們可以用來完成同步機制, 有點像傳統(tǒng)線程中的mutex。
創(chuàng)建隊列
要使用用戶隊列，我們首先得創(chuàng)建一個。調(diào)用函數(shù)dispatch_queue_create就行了。函數(shù)的***個參數(shù)是一個標(biāo)簽，這純是為了debug。Apple建議我們使用倒置域名來命名隊列，比如“com.dreamingwish.subsystem.task”。這些名字會在崩潰日志中被顯示出來，也可以被調(diào)試器調(diào)用，這在調(diào)試中會很有用。第二個參數(shù)目前還不支持，傳入NULL就行了。
提交 Job
向一個隊列提交Job很簡單：調(diào)用dispatch_async函數(shù)，傳入一個隊列和一個block。隊列會在輪到這個block執(zhí)行時執(zhí)行這個block的代碼。下面的例子是一個在后臺執(zhí)行一個巨長的任務(wù)：
- dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
- [self goDoSomethingLongAndInvolved];
- NSLog(@"Done doing something long and involved");
- });
dispatch_async 函數(shù)會立即返回, block會在后臺異步執(zhí)行。
當(dāng)然，通常，任務(wù)完成時簡單地NSLog個消息不是個事兒。在典型的Cocoa程序中，你很有可能希望在任務(wù)完成時更新界面，這就意味著需要在主線程中執(zhí)行一些代碼。你可以簡單地完成這個任務(wù)——使用嵌套的dispatch，在外層中執(zhí)行后臺任務(wù)，在內(nèi)層中將任務(wù)dispatch到main queue：
- dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
- [self goDoSomethingLongAndInvolved];
- dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
- [textField setStringValue:@"Done doing something long and involved"];
- });
- });
還有一個函數(shù)叫dispatch_sync，它干的事兒和dispatch_async相同，但是它會等待block中的代碼執(zhí)行完成并返回。結(jié)合 __block類型修飾符，可以用來從執(zhí)行中的block獲取一個值。例如，你可能有一段代碼在后臺執(zhí)行，而它需要從界面控制層獲取一個值。那么你可以使用dispatch_sync簡單辦到：
- __block NSString *stringValue;
- dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
- // __block variables aren't automatically retained
- // so we'd better make sure we have a reference we can keep
- stringValue = [[textField stringValue] copy];
- });
- [stringValue autorelease];
- // use stringValue in the background now
我們還可以使用更好的方法來完成這件事——使用更“異步”的風(fēng)格。不同于取界面層的值時要阻塞后臺線程，你可以使用嵌套的block來中止后臺線程，然后從主線程中獲取值，然后再將后期處理提交至后臺線程：
- dispatch_queue_t bgQueue = myQueue;
- dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
- NSString *stringValue = [[[textField stringValue] copy] autorelease];
- dispatch_async(bgQueue, ^{
- // use stringValue in the background now
- });
- });
取決于你的需求，myQueue可以是用戶隊列也可以使全局隊列。
不再使用鎖（Lock）
用戶隊列可以用于替代鎖來完成同步機制。在傳統(tǒng)多線程編程中，你可能有一個對象要被多個線程使用，你需要一個鎖來保護這個對象：
- NSLock *lock;
訪問代碼會像這樣：
- - (id)something
- {
- id localSomething;
- [lock lock];
- localSomething = [[something retain] autorelease];
- [lock unlock];
- return localSomething;
- }
- - (void)setSomething:(id)newSomething
- {
- [lock lock];
- if(newSomething != something)
- {
- [something release];
- something = [newSomething retain];
- [self updateSomethingCaches];
- }
- [lock unlock];
- }
使用GCD，可以使用queue來替代：
- dispatch_queue_t queue;
要用于同步機制，queue必須是一個用戶隊列，而非全局隊列，所以使用usingdispatch_queue_create初始化一個。然后可以用dispatch_async 或者 dispatch_sync將共享數(shù)據(jù)的訪問代碼封裝起來：
- - (id)something
- {
- __block id localSomething;
- dispatch_sync(queue, ^{
- localSomething = [something retain];
- });
- return [localSomething autorelease];
- }
- - (void)setSomething:(id)newSomething
- {
- dispatch_async(queue, ^{
- if(newSomething != something)
- {
- [something release];
- something = [newSomething retain];
- [self updateSomethingCaches];
- }
- });
- }
值得注意的是dispatch queue是非常輕量級的，所以你可以大用特用，就像你以前使用lock一樣。
現(xiàn)在你可能要問：“這樣很好，但是有意思嗎？我就是換了點代碼辦到了同一件事兒。”
實際上，使用GCD途徑有幾個好處：
- 平行計算: 注意在第二個版本的代碼中， -setSomething:是怎么使用dispatch_async的。調(diào)用 -setSomething:會立即返回，然后這一大堆工作會在后臺執(zhí)行。如果updateSomethingCaches是一個很費時費力的任務(wù)，且調(diào)用者將要進行一項處理器高負荷任務(wù)，那么這樣做會很棒。
- 安全: 使用GCD，我們就不可能意外寫出具有不成對Lock的代碼。在常規(guī)Lock代碼中，我們很可能在解鎖之前讓代碼返回了。使用GCD，隊列通常持續(xù)運行，你必將歸還控制權(quán)。
- 控制: 使用GCD我們可以掛起和恢復(fù)dispatch queue，而這是基于鎖的方法所不能實現(xiàn)的。我們還可以將一個用戶隊列指向另一個dspatch queue，使得這個用戶隊列繼承那個dispatch queue的屬性。使用這種方法，隊列的優(yōu)先級可以被調(diào)整——通過將該隊列指向一個不同的全局隊列，若有必要的話，這個隊列甚至可以被用來在主線程上執(zhí)行代碼。
- 集成: GCD的事件系統(tǒng)與dispatch queue相集成。對象需要使用的任何事件或者計時器都可以從該對象的隊列中指向，使得這些句柄可以自動在該隊列上執(zhí)行，從而使得句柄可以與對象自動同步。
總結(jié)
現(xiàn)在你已經(jīng)知道了GCD的基本概念、怎樣創(chuàng)建dispatch queue、怎樣提交Job至dispatch queue以及怎樣將隊列用作線程同步。接下來我會向你展示如何使用GCD來編寫平行執(zhí)行代碼來充分利用多核系統(tǒng)的性能^ ^。我還會討論GCD更深層的東西，包括事件系統(tǒng)和queue targeting。
