[转]关于GCD与多线程

GCD是什么，你知道吗？你知道了GCD，你确定你会使用吗？

这一篇文章是站在初学者角度去分析GCD，原因是这个很多iOS开发者根本就没用过，即使用过，不知道其中的原理。讲解之前认识一下什么是线程，为什么要介绍线程。是因为GCD是Grand Central Dispatch的缩写，是一系列的BSD层面的接口，在Mac 10.6 和iOS4.0以后才引入的，且现在NSOperation和NSOperationQueue的多线程的实现就是基于GCD的。目前这个特性也被移植到 FreeBSD上了，可以查看libdispatch这个开源项目。

iPhone中的线程应用并不是无节制的，官方给出的资料显示iPhone OS下的主线程的堆栈大小是1M，第二个线程开始都是512KB。并且该值不能通过编译器开关或线程API函数来更改。只有主线程有直接修改UI的能力。

一、线程的概述

有些程序是一条直线，起点到终点；有些程序是一个圆，不断循环，直到将它切断。直线的如简单的Hello World，运行打印完,它的生命周期便结束了，像昙花一现那样；圆如操作系统，一直运行直到你关机。

一个运行着的程序就是一个进程或者叫做一个任务，一个进程至少包含一个线程，线程就是程序的执行流。Mac和iOS中的程序启动，创建好一个进程的同时，一个线程便开始运行，这个线程叫主线程。主线程在程序中的地位和其他线程不同，它是其他线程最终的父线程，且所有界面的显示操作即AppKit或 UIKit的操作必须在主线程进行。

系统中的每一个进程都有自己独立的虚拟内存空间，而同一个进程中的多个线程则共用进程的内存空间。每创建一个新的线程，都需要一些内存(如每个线程有自己的Stack空间)和消耗一定的CPU时间。另外当多个线程对同一个资源出现争夺的时候需要注意线程安全问题。

二、创建线程

创建一个新的线程就是给进程增加了一个执行流，执行流总得有要执行的代码吧，所以新建一个线程需要提供一个函数或者方法作为线程的入口。

1.使用NSThread

NSThread提供了创建线程的途径，还可以提供了检测当前线程是否是主线程的方法。使用NSThread创建一个新的线程有两种方式：

1.创建一个NSThread的对象，调用其start方法。对于这种方式的NSThread对象的创建，可以使用一个目标对象的方法初始化一个NSThread对象，或者创建一个继承NSThread类的子类，实现其main方法，然后在直接创建这个子类的对象。
2.使用 detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:这个类方法创建一个线程，这个比较直接了，直接使用目标对象的方法作为线程启动入口。

2.使用NSObject

其实NSObject直接就加入了多线程的支持，允许对象的某个方法在后台运行。如:

1	`[myObj performSelectorInBackground:@selector(doSomething) withObject:nil];`

3.POSIX Thread

由于Mac和iOS都是基于Darwin系统，Darwin系统的XUN内核，是基于Mach和BSD的，继承了BSD的POSIX接口，所以可以直接使用POSIX线程的相关接口来使用线程。

创建线程的接口为 pthread_create，当然在创建之前可以通过相关函数设置好线程的属性。以下为POSIX线程使用简单的例子。

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//

// main.c

// pthread

//

// Created by Rick on 3/23/14.

// Copyright (c) 2014 ISoftstone. All rights reserved.

//

#include

#include

#include

void *pthreadRoutine(void *);

int main (int argc, const char * argv[])

    pthread_attr_t attr;

 pthread_t pthreadID;

   int returnVal;

      returnVal = pthread_attr_init(&attr);

 returnVal = pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

       int threadError = pthread_create(&pthreadID, &attr, &pthreadRoutine, NULL);

        returnVal = pthread_attr_destroy(&attr);

 if (threadError != 0){

           // Report an error.

     sleep(10);

       return 0;

void *pthreadRoutine(void *data)

       int count = 0;

    while (1)

           printf("count = %d\n",count++);

           sleep(1);

 return NULL;

三、多线程进阶

NSOperation&NSOperationQueue

很多时候我们使用多线程，需要控制线程的并发数，毕竟线程也是消耗系统资源的，当程序中同时运行的线程过多时，系统必然变慢。所以很多时候我们会控制同时运行线程的数目。

NSOperation可以封装我们的操作，然后将创建好的NSOperation对象放到NSOperationQueue中，OperationQueue便开始启动新的线程去执行队列中的操作，OperationQueue的并发度是可以通过如下方式进行设置:

1	`- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)count`

GCD

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dispatch_queue_t imageDownloadQueue =dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

dispatch_async(imageDownloadQueue, ^{ NSURL *imageURL = [NSURLURLWithString:@"http://test.com/test.png"];

NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:imageURL];

UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

      [imageView setImage:image];//UIKit必须在主线程执行 });

});

当然，GCD除了处理多线程外还有很多非常好的功能，其建立在强大的kqueue之上，效率也能够得到保障。

四.线程间通信

线程间通信和进程间通信从本质上讲是相似的。线程间通信就是在进程内的两个执行流之间进行数据的传递，就像两条并行的河流之间挖出了一道单向流动长沟，使得一条河流中的水可以流入另一条河流，物质得到了传递。

1.performSelect On The Thread

框架为我们提供了强制在某个线程中执行方法的途径,如果两个非主线程的线程需要相互间通信，可以先将自己的当前线程对象注册到某个全局的对象中去，这样相互之间就可以获取对方的线程对象，然后就可以使用下面的方法进行线程间的通信了，由于主线程比较特殊，所以框架直接提供了在出线程执行的方法。

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@interface NSObject (NSThreadPerformAdditions)

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array;

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait; // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)argwaitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)argwaitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0); // equivalent to the first method with kCFRunLoopCommonModes ...

@end

2.Mach Port

在苹果的Thread Programming Guide的Run Pool一节的Configuring a Port-Based Input Source 这一段中就有使用Mach Port进行线程间通信的例子。其实质就是父线程创建一个NSMachPort对象，在创建子线程的时候以参数的方式将其传递给子线程，这样子线程中就可以向这个传过来的NSMachPort对象发送消息，如果想让父线程也可以向子线程发消息的话，那么子线程可以先向父线程发个特殊的消息，传过来的是自己创建的另一个NSMachPort对象，这样父线程便持有了子线程创建的port对象了，可以向这个子线程的port对象发送消息了。

当然各自的port对象需要设置delegate以及schdule到自己所在线程的RunLoop中，这样来了消息之后，处理port消息的delegate方法会被调用，你就可以自己处理消息了。

五.RunLoop

RunLoop从字面上看是运行循环的意思，这一点也不错，它确实就是一个循环的概念，或者准确的说是线程中的循环。本文一开始就提到有些程序是一个圈，这个圈本质上就是这里的所谓的RunLoop，就是一个循环，只是这个循环里加入很多特性。
首先循环体的开始需要检测是否有需要处理的事件，如果有则去处理，如果没有则进入睡眠以节省CPU时间。所以重点便是这个需要处理的事件，在RunLoop中，需要处理的事件分两类，一种是输入源，一种是定时器，定时器好理解就是那些需要定时执行的操作，输入源分三类：performSelector源，基于端口（Mach port）的源，以及自定义的源。编程的时候可以添加自己的源。RunLoop还有一个观察者Observer的概念，可以往RunLoop中加入自己的观察者以便监控着RunLoop的运行过程，CFRunLoop.h中定义了所有观察者的类型:

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enum CFRunLoopActivity {

       kCFRunLoopEntry = (1 << 0),

 kCFRunLoopBeforeTimers = (1 << 1),

     kCFRunLoopBeforeSources = (1 << 2),

    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1 << 5),

    kCFRunLoopAfterWaiting = (1 << 6),

     kCFRunLoopExit = (1 << 7),

     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU

};

typedef enum CFRunLoopActivity CFRunLoopActivity;

如果你使用过select系统调用写过程序你便可以快速的理解runloop事件源的概念，本质上讲事件源的机制和select一样是一种多路复用IO的实现，在一个线程中我们需要做的事情并不单一，如需要处理定时钟事件，需要处理用户的触控事件，需要接受网络远端发过来的数据，将这些需要做的事情统统注册到事件源中，每一次循环的开始便去检查这些事件源是否有需要处理的数据，有的话则去处理。拿具体的应用举个例子，NSURLConnection网络数据请求，默认是异步的方式，其实现原理就是创建之后将其作为事件源加入到当前的RunLoop，而等待网络响应以及网络数据接受的过程则在一个新创建的独立的线程中完成，当这个线程处理到某个阶段的时候比如得到对方的响应或者接受完了网络数据之后便通知之前的线程去执行其相关的delegate方法。所以在Cocoa中经常看到scheduleInRunLoop:forMode:这样的方法，这个便是将其加入到事件源中，当检测到某个事件发生的时候，相关的delegate方法便被调用。对于CoreFoundation这一层而言，通常的模式是创建输入源，然后将输入源通过CFRunLoopAddSource函数加入到RunLoop中，相关事件发生后，相关的回调函数会被调用。如CFSocket的使用。另外RunLoop中还有一个运行模式的概念，每一个运行循环必然运行在某个模式下，而模式的存在是为了过滤事件源和观察者的，只有那些和当前RunLoop运行模式一致的事件源和观察者才会被激活。

每一个线程都有其对应的RunLoop，但是默认非主线程的RunLoop是没有运行的，需要为RunLoop添加至少一个事件源，然后去run它。一般情况下我们是没有必要去启用线程的RunLoop的，除非你在一个单独的线程中需要长久的检测某个事件。

GCD使用攻略

什么是GCD?

Grand Central Dispatch (GCD)是Apple开发的一个多核编程的解决方法。该方法在Mac OS X 10.6雪豹中首次推出，并随后被引入到了iOS4.0中。GCD是一个替代诸如NSThread, NSOperationQueue, NSInvocationOperation等技术的很高效和强大的技术，它看起来象就其它语言的闭包(Closure)一样，但苹果把它叫做blocks。

当我们不使用GCD时，想要多线程处理。需要放在后台，避免阻塞主线程。

GCD的定义

简单GCD的定义有点象函数指针，差别是用 ^ 替代了函数指针的 * 号，如下所示：

1234	`// 申明变量 (void) (^loggerBlock)(void);` `// 定义 loggerBlock = ^{ NSLog(@"Hello world"); };` `// 调用 loggerBlock();`

但是大多数时候，我们通常使用内联的方式来定义它，即将它的程序块写在调用的函数里面，例如这样：

123	`dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{` `// something` `});`

从上面大家可以看出，block有如下特点：

程序块可以在代码中以内联的方式来定义。
程序块可以访问在创建它的范围内的可用的变量。

系统提供的dispatch方法

为了方便地使用GCD，苹果提供了一些方法方便我们将block放在主线程或后台线程执行，或者延后执行。使用的例子如下：

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// 后台执行：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{

        // something

});

// 主线程执行：

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

  // something

});

// 一次性执行：

static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{

     // code to be executed once

});

// 延迟2秒执行：

double delayInSeconds = 2.0;

dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds *NSEC_PER_SEC); dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){

// code to be executed on the main queue after delay

});

dispatch_queue_t 也可以自己定义，如要要自定义queue，可以用dispatch_queue_create方法，示例如下：

dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", NULL);dispatch_async(urls_queue, ^{

  // your code

});

dispatch_release(urls_queue);

另外，GCD还有一些高级用法，例如让后台2个线程并行执行，然后等2个线程都结束后，再汇总执行结果。这个可以用dispatch_group, dispatch_group_async 和 dispatch_group_notify来实现，示例如下：

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dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{

        // 并行执行的线程一

});

dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{

   // 并行执行的线程二

});

dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{

// 汇总结果

});

修改block之外的变量

默认情况下，在程序块中访问的外部变量是复制过去的，即写操作不对原变量生效。但是你可以加上 __block来让其写操作生效，示例代码如下：

__block int a = 0;

void (^foo)(void) = ^{

        a = 1;

foo();

// 这里，a的值被修改为1

后台运行

GCD的另一个用处是可以让程序在后台较长久的运行。在没有使用GCD时，当app被按home键退出后，app仅有最多5秒钟的时候做一些保存或清理资源的工作。但是在使用GCD后，app最多有10分钟的时间在后台长久运行。这个时间可以用来做清理本地缓存，发送统计数据等工作。

让程序在后台长久运行的示例代码如下：

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// AppDelegate.h文件

@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backgroundUpdateTask;

// AppDelegate.m文件

- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application {

        [self beingBackgroundUpdateTask];

     // 在这里加上你需要长久运行的代码

  [self endBackgroundUpdateTask];

- (void)beingBackgroundUpdateTask {

  self.backgroundUpdateTask = [[UIApplication sharedApplication]       beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{

             [self endBackgroundUpdateTask];

}];

- (void)endBackgroundUpdateTask {

     [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundUpdateTask];   self.backgroundUpdateTask = UIBackgroundTaskInvalid;

总结

总体来说，GCD能够极大地方便开发者进行多线程编程。如果你的app不需要支持iOS4.0以下的系统，那么就应该尽量使用GCD来处理后台线程和UI线程的交互。