【底层探索】- 多线程(二)GCD应用

多线程线程 GCD

发布日期: 2020-04-05

文章字数: 2.8k

阅读时长: 10 分

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一、面试题解析

1.1 第一题

A、提问：

以下代码，会打印什么？

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("lj", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"1");
dispatch_async(queue, ^{//block1
    NSLog(@"2");
    dispatch_sync(queue, ^{//block2
        NSLog(@"3");
    });
    NSLog(@"4");
});
NSLog(@"5");

B、思路：

创建的事串行队列，所以队列依次进行
先执行 NSLog(@"1");，打印1
接下来的异步函数dispatch_async(queue, ^{//block1}); 需要耗时，所以先跳过
执行 NSLog(@"5");，打印5
回头来执行第3步异步函数内部的代码。
1. 先执行NSLog(@"2");， 打印2
2. 接下来执行同步函数 dispatch_sync(queue, ^{xxx});，此时阻塞线程。
3. 后面的NSLog(@"4"); 需等待上一步同步函数执行完才能执行，无法执行打印。
4. 异步函数内部NSLog(@"3"); 新创建，但是属于好事操作，需等待外部流程——即NSLog(@"4"); 这一代码执行完。
5. 上面两部互为等待，形成死锁。无法执行，会导致崩溃。

原理图可以这样看待：

C、回答：

打印1,5,2。以及崩溃

D、验证：

1.2 第二题（美团）

A、提问：

以下代码，会打印什么

__block int a = 0;
while (a < 10) {
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        a++;
    });
}
NSLog(@"a = %d \n", a);

B、思路：

首先执行的是异步函数，决定了每个任务都是独立、无线程阻塞、~~放飞自我的~~
执行在全局并发队列里，即各自分别执行，会频繁读取a++，线程并不安全
上面第1、第2步决定了，当a自增到10时，跳出while 循环，但是打印的时候，很可能某1个或者多个任务还在异步执行，此时有两种情况
1. 打印前a++ ：此时很能有1个或多个任务在抢占资源，进行a++，那么多次打印后打印大于10
2. 打印后a++ ：即此时打印函数这个任务，成功抢占资源，先打印成功则打印了10

流程请参考图

C、回答：

打印结果 >= 10

D、验证

二、GCD 简介

2.1 概念

GCD 全称是Grand Central Dispatch，是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案，一种纯C 语言写成的框架，提供了非常多强大的函数

2.2 GCD 的优点

主要有以下几点

GCD 会自动利用更多的CPU 内核（双核、四核等）
GCD 会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）。程序员只需要告诉GCD 执行的任务，不需要编写任何线程管理代码。

2.3 GCD 的函数

GCD 的函数使用过程为：将任务添加到队列，并且制定执行任务的函数

任务使用 block 封装
任务的block 没有参数也没有返回值
函数的类型有异步函数和同步函数

2.3.1 异步函数 dispatch_async

不用等当前语句执行完毕，就可以执行下一条语句
会开启线程执行 block 的任务
异步是多线程的代名词

2.3.2 同步函数 dispatch_sync

必须等待当前语句执行完毕，才会执行下一条语句（俗称阻塞线程）
不会开启线程
在当前执行block 的任务

2.4. 队列

队列通常有并行队列和串行队列，顾名思义，并行队列队列宽度足够，互不干扰，各自为政；串行队列宽度只有1，每次只能执行同一个任务。

串行队列（Seiral Dispatch Queue）:

每次只有一个任务被执行，任务一个接一个地执行。（只开启1个线程，一个任务执行完毕后，在执行下一个任务）
并发队列（Concurrent Dispatch Queue）：

可以多个任务并发（同时）执行。（可以开启多个线程，并且同时执行任务）。

注意：并发队列的并发功能只有在异步函数（async）下有效。

如下图所示

队列的概念主要两个重要的队列：

2.4.1 主队列

主队列专门用来在主线程上调度任务的队列，并不会开启线程
才用先进先出（FIFO）原则，主线程空闲时才会呆㷣度队列中的任务在主线程中执行
如果当前主线程正在有任务执行，那么无论主队列中当前被添加了什么任务，都不会被调度。

主队列的获取代码为：

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

平时开发中的 UI 操作，都必须在主线程的主队列中进行。

2.4.2 全局队列

为了方便程序员自行使用其他队列，苹果提供了全局队列：dispatch_get_global_queue(0, 0)，

而且全局队列是一个并发队列。

在使用多线程开发时，如果对队列没有特殊需求，在执行异步任务时，可以直接使用全局队列。

2.5 函数与队列

函数（同步、异步）和队列（串行、并发）的组合一共有4种，主要有以下特点：

同步函数串行队列：
- 不会开启线程，在当前线程执行任务
- 任务串行执行，one by one
- 会产生线程阻塞
同步函数并发队列
- 不会开启线程，在当前线程执行任务
- 任务一个接一个，无阻塞
异步函数串行队列
- 开启一条新线程
- 任务一个接一个
异步函数并发队列
- 开启多个线程，在当前新线程执行任务
- 任务异步执行，没有顺序，由CPU 调度

2.6 死锁

主线程因为同步函数强制执行当前任务的特性，会让后面的任务等待。

而主队列等待主线程的任务执行完毕，才能执行自己的任务，最后导致主队列和主线程相互等待，造成死锁

举例如下：

- (void)test
{
   dispatch_queue_t q = dispatch_get_main_queue();

    NSLog(@"!!!!");
 
    dispatch_sync(q, ^{
        NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    });
}

上文中代码，主队列必须执行dispatch_sync了之后才能继续执行后面的代码但是主线程有任务在执行——正在执行test

解决方案：将任务同步添加到主队列当中：

- (void)test
{
   dispatch_queue_t q = dispatch_get_main_queue();
 
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        dispatch_sync(q, ^{
                   NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
               });
    });
}

三、GCD 栅栏函数

3.1 概念

栅栏函数的作用，是控制任务执行的顺序，它是一种同步函数。

3.2 使用

一般有同步和异步两种

异步： dispatch_barrier_async 代码以前的任务执行完，才会执行以后的任务
同步：dispatch_barrier_sync 作用相同，但是执行这个会阻塞线程，影响后面的任务执行。

可见，同步的栅栏函数，也是另一种加锁的方式

3.3 举例

同步栅栏函数
异步栅栏函数

3.4 注意点

栅栏函数主要作用是同步效果
提高代码的安全性能，线程安全
基本原理是阻塞队列
使用自定义的队列，不可使用全局的，否则进程都会阻塞
使用同一并发队列，即目标与栅栏函数在同一个队列里。

比如AFN ，他会自行实现了一个内部的队列，保证代码的内聚。

四、GCD 调度组

4.1 概念

调度组的作用是：控制任务的执行顺序

4.2 调度

创建组：dispatch_group_create
进组任务： dispatch_group_async。规则为先进组、后出组
1. 进组：dispatch_group_enter
2. 出组：dispatch_group_leave
进组任务执行完毕通知：dispatch_group_notify
进组任务执行等待时机：dispatch_group_wait

4.3 使用

在日常业务开发中，可以将多个异步进行的事件放入group 中( 进组)，待各自完成（出组）后，实现最终结果——是不是很熟悉，有时候多个token 进行拼接获取，最终得到可以使用的，这个流程就可以通过调度组实现。

- (void)test3{
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    __block int a = 0;
    __block int b = 0;
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        a += 2;
        dispatch_group_enter(group);
    });
    dispatch_group_leave(group);
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        b += 2;
        dispatch_group_enter(group);
    });
    dispatch_group_leave(group);
 
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"当前a + b = %d", a + b);
    });
    
}

最终打印结果为：

2020-05-12 14:58:02.479083+0800 ttttt[12127:739541] 当前a + b = 4

五、信号量

如何准确的打印第一题的数值，达到10的结果呢？

可以使用信号量，可以有效的避免异步函数造成任务不可控。主要流程有如下几点

创建信号量
信号等待，即锁住线程。信号量–
执行业务，解锁开关，即业务不执行完，线程无法往后走。信号量++

如下：

  // 1. 创建信号量
dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(1);
  
  __block int a = 0;
  while (a < 10) {
      dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
          a++;
          NSLog(@"a = %d \n", a);
          // 解锁线程
          dispatch_semaphore_signal(sem);
      });
      // 等待信号、锁住线程
      dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
  }

成功打印结果如下：

五、GCD 的Dispatch_source

5.1 概念

An object that coordinates the processing of specific low-level system events, such as file-system events, timers, and UNIX signals.

Gispatch source 是一种协调特定的低级别系统事件，如文件系统事件、Timer以及UNIX 信号。

5.2 特点

CPU 符合非常小，不占用资源
联合体，结构简洁，使用更高效

5.3 使用

创建源 : 创建一个dispatch source 来监测低级别的系统事件。具体实现为
dispatch_source_t dispatch_source_create(dispatch_source_type_t type, uintptr_t handle, unsigned long mask, dispatch_queue_t queue);
- type - dispatch source 的类型。举个例子，创建定时器source，指定为 DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER
- handle - 监控回调的句柄
- mask - 决定哪些事件是需要的flags 的掩码。
- queue - 事件回调block 需要提交的目标队列

管理事件回调

代码水岸为：

void dispatch_source_set_event_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t handler);

获取源属性

合并数据到一个分发的源，并提交它的事件回调block 到自己的目标队列中。

代码实现为：
void dispatch_source_merge_data(dispatch_source_t source, unsigned long value);

取消源

使用方式为

void dispatch_source_cancel(dispatch_source_t source);

5.4 应用

5.4.1 代码实现

创建队列

self.queue = dispatch_queue_create("lj", 0);

创建源

self.source = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD, 0, 0, dispatch_get_main_queue());

配置事件回调

dispatch_source_set_event_handler(self.source, ^{
    NSUInteger value = dispatch_source_get_data(self.source);
    NSLog(@"获取到       %lu", (unsigned long)value);
});

激活源
dispatch_resume(self.source);

提交时间回调到目标队列中

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.value += 1;
    dispatch_source_merge_data(self.source, self.value);
}

5.4.2 运行查看

由于是点击事件触发，所以依次增加，结果为:

2020-05-12 15:37:25.606845+0800 ttttt[12489:768578] 获取到       1
2020-05-12 15:37:26.336439+0800 ttttt[12489:768578] 获取到       2
2020-05-12 15:37:26.936856+0800 ttttt[12489:768578] 获取到       3
2020-05-12 15:37:27.689042+0800 ttttt[12489:768578] 获取到       4
2020-05-12 15:37:29.186446+0800 ttttt[12489:768578] 获取到       5

**

六、总结

在这一章节，主要复习了GCD 的各种应用，认识了队列与函数，以及各种加锁的方式（栅栏函数等），这里有个小小的练习：自定义的source 写的Timer，供参考。

Github Demo地址

李佳

http://nilsli.com/p/bd5c42bb.html

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1.1 第一题

A、提问：

B、思路：

C、回答：

D、验证：

1.2 第二题（美团）

A、提问：

B、思路：

C、回答：

D、验证

二、GCD 简介

2.1 概念

2.2 GCD 的优点

2.3 GCD 的函数

2.3.1 异步函数 dispatch_async

2.3.2 同步函数 dispatch_sync

2.4. 队列

2.4.1 主队列

2.4.2 全局队列

2.5 函数与队列

2.6 死锁

三、GCD 栅栏函数

3.1 概念

3.2 使用

3.3 举例

3.4 注意点

四、GCD 调度组

4.1 概念

4.2 调度

4.3 使用

五、信号量

五、GCD 的Dispatch_source

5.1 概念

5.2 特点

5.3 使用

5.4 应用

5.4.1 代码实现

5.4.2 运行查看

六、总结

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