引言

在iOS開發(fā)過(guò)程中，繞不開網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、下載圖片之類的耗時(shí)操作，這些操作放在主線程中處理會(huì)造成卡頓現(xiàn)象，所以我們都是放在子線程進(jìn)行處理，處理完成后再返回到主線程進(jìn)行展示。

多線程貫穿了我們整個(gè)的開發(fā)過(guò)程，iOS的多線程操作有NSThread、GCD、NSOperation，其中我們最常用的就是GCD。

進(jìn)程與線程

在了解GCD之前我們先來(lái)了解一下進(jìn)程和線程，及他們的聯(lián)系與區(qū)別

1.進(jìn)程的定義

• 進(jìn)程是指在系統(tǒng)中正在運(yùn)行的一個(gè)應(yīng)用程序
• 每個(gè)進(jìn)程之間是獨(dú)立的，每個(gè)進(jìn)程均運(yùn)行在其專用的且受保護(hù)的內(nèi)存空間內(nèi)
• 進(jìn)程間通信一般使用URL Scheme、UIPasteboard、Keychain、UIActivityViewController等

2.線程的定義

• 線程是進(jìn)程的基本執(zhí)行單元，一個(gè)進(jìn)程的所有任務(wù)都在線程中執(zhí)行
• 進(jìn)程想要執(zhí)行任務(wù)，必須得有線程，進(jìn)程至少要有一條線程
• 程序啟動(dòng)會(huì)默認(rèn)開啟一條線程，這條線程被成為主線程
• 線程之間的通信一般使用performSelector

3、 進(jìn)程和線程的關(guān)系

• 1.線程是進(jìn)程的執(zhí)行單元，進(jìn)程的所有任務(wù)都在線程中執(zhí)行
• 2.線程是 CPU 分配資源和調(diào)度的最小單位
• 3.手機(jī)中一個(gè)程序?qū)?yīng)一個(gè)進(jìn)程,一個(gè)進(jìn)程中可有多個(gè)線程,但至少要有一條線程
• 4.同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享進(jìn)程資源

4、 多線程

同一時(shí)間，CPU只能處理1條線程，只有1條線程在執(zhí)行。多線程并發(fā)執(zhí)行，其實(shí)是CPU快速地在多條線程之間調(diào)度（切換）。如果CPU調(diào)度線程的時(shí)間足夠快，就造成了多線程并發(fā)執(zhí)行的假象

如果線程非常非常多，CPU會(huì)在N多線程之間調(diào)度，消耗大量的CPU資源，每條線程被調(diào)度執(zhí)行的頻次會(huì)降低（線程的執(zhí)行效率降低）

多線程的優(yōu)點(diǎn):

• 1.能適當(dāng)提高程序的執(zhí)行效率；
• 2.能適當(dāng)提高資源利用率（CPU、內(nèi)存利用率） 3.線程上的任務(wù)執(zhí)行完成后，線程會(huì)自動(dòng)銷毀

多線程的缺點(diǎn):

• 1.開啟線程需要占用一定的內(nèi)存空間（默認(rèn)情況下，主線程占用1M，子線程占用512KB），如果開啟大量的線程，會(huì)占用大量的內(nèi)存空間，降低程序的性能，開啟線程大概需要90微秒的時(shí)間
• 2.線程越多，每個(gè)線程被調(diào)度的次數(shù)就越低，線程的執(zhí)行效率就越低，CPU在調(diào)度線程上的開銷越大
• 3.程序設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，比如線程之間的通信、多線程的數(shù)據(jù)共享

多線程的生命周期是：新建 - 就緒 - 運(yùn)行 - 阻塞 - 死亡

• 新建：實(shí)例化線程對(duì)象
• 就緒：向線程對(duì)象發(fā)送start消息，線程對(duì)象被加入可調(diào)度線程池等待CPU調(diào)度。
• 運(yùn)行：CPU 負(fù)責(zé)調(diào)度可調(diào)度線程池中線程的執(zhí)行。線程執(zhí)行完成之前，狀態(tài)可能會(huì)在就緒和運(yùn)行之間來(lái)回切換。就緒和運(yùn)行之間的狀態(tài)變化由CPU負(fù)責(zé)，程序員不能干預(yù)。
• 阻塞：當(dāng)滿足某個(gè)預(yù)定條件時(shí)，可以使用休眠或鎖，阻塞線程執(zhí)行。sleepForTimeInterval（休眠指定時(shí)長(zhǎng)），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥鎖）。
• 死亡：正常死亡，線程執(zhí)行完畢。非正常死亡，當(dāng)滿足某個(gè)條件后，在線程內(nèi)部中止執(zhí)行/在主線程中止線程對(duì)象

5、 時(shí)間片

時(shí)間片：CPU在多個(gè)任務(wù)直接進(jìn)行快速的切換，這個(gè)時(shí)間間隔就是時(shí)間片
設(shè)備并發(fā)執(zhí)行的數(shù)量是有限的，使用[NSProcessInfo processInfo].activeProcessorCount可以查看當(dāng)前設(shè)備能夠支持線程的最大并發(fā)數(shù)量，比如說(shuō)最大并發(fā)數(shù)是8，代表8核cpu，如果同時(shí)開啟了10個(gè)線程，則會(huì)有CPU通過(guò)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式讓某一個(gè)或者某兩個(gè)線程分別執(zhí)行一段時(shí)間。

6、 線程池

GCD在內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)線程池，目的是為了復(fù)用線程，需要開啟線程時(shí)，其會(huì)先在線程池中查詢已開辟的空閑線程緩存，達(dá)到節(jié)省內(nèi)存空間和時(shí)間的目的。

• 核心線程是否都在執(zhí)行任務(wù) - 沒(méi)有 - 創(chuàng)建新的工作線程去執(zhí)行
• 線程池工作隊(duì)列是否飽和 - 沒(méi)有 - 將任務(wù)存儲(chǔ)在工作隊(duì)列
• 線程池的線程都處于執(zhí)行狀態(tài) - 沒(méi)有 - 安排線程去執(zhí)行
• 交給飽和策略去處理 GCD的線程池中緩存64條線程,就是同時(shí)可以有64條線程正在執(zhí)行，最大并發(fā)執(zhí)行的線程根據(jù)CPU決定。

GCD

GCD全稱是Grand Central Dispatch，它是純 C 語(yǔ)言，并且提供了非常多強(qiáng)大的函數(shù)

GCD的優(yōu)勢(shì)：

• GCD 是蘋果公司為多核的并行運(yùn)算提出的解決方案
• GCD 會(huì)自動(dòng)利用更多的CPU內(nèi)核（比如雙核、四核）
• GCD 會(huì)自動(dòng)管理線程的生命周期（創(chuàng)建線程、調(diào)度任務(wù)、銷毀線程）
• 程序員只需要告訴 GCD 想要執(zhí)行什么任務(wù)，不需要編寫任何線程管理代碼 GCD的核心——將任務(wù)添加到隊(duì)列，并且指定執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)

1、任務(wù)

就是執(zhí)行操作的意思，也就是在線程中執(zhí)行的那段代碼。在 GCD 中是放在 block 中的。執(zhí)行任務(wù)有兩種方式：同步執(zhí)行（sync）和異步執(zhí)行（async）

• 同步(Sync) ：同步添加任務(wù)到指定的隊(duì)列中，在添加的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之前，會(huì)一直等待，直到隊(duì)列里面的任務(wù)完成之后再繼續(xù)執(zhí)行，即會(huì)阻塞線程。只能在當(dāng)前線程中執(zhí)行任務(wù)(是當(dāng)前線程，不一定是主線程)，不具備開啟新線程的能力。
• 異步(Async) ：線程會(huì)立即返回，無(wú)需等待就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行下面的任務(wù)，不阻塞當(dāng)前線程。可以在新的線程中執(zhí)行任務(wù)，具備開啟新線程的能力(并不一定開啟新線程)。如果不是添加到主隊(duì)列上，異步會(huì)在子線程中執(zhí)行任務(wù)

2、隊(duì)列

隊(duì)列（Dispatch Queue）：這里的隊(duì)列指執(zhí)行任務(wù)的等待隊(duì)列，即用來(lái)存放任務(wù)的隊(duì)列。隊(duì)列是一種特殊的線性表，采用 FIFO（先進(jìn)先出）的原則，即新任務(wù)總是被插入到隊(duì)列的末尾，而讀取任務(wù)的時(shí)候總是從隊(duì)列的頭部開始讀取。隊(duì)列的作用就是存儲(chǔ)任務(wù)，和線程沒(méi)有任何關(guān)系。每讀取一個(gè)任務(wù)，則從隊(duì)列中釋放一個(gè)任務(wù)
在 GCD 中有兩種隊(duì)列：串行隊(duì)列和并發(fā)隊(duì)列。兩者都符合 FIFO（先進(jìn)先出）的原則。兩者的主要區(qū)別是：執(zhí)行順序不同，以及開啟線程數(shù)不同。

• 串行隊(duì)列（Serial Dispatch Queue） ：
  同一時(shí)間內(nèi)，隊(duì)列中只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，只有當(dāng)前的任務(wù)執(zhí)行完成之后，才能執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)。（只開啟一個(gè)線程，一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢后，再執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)）。主隊(duì)列是主線程上的一個(gè)串行隊(duì)列,是系統(tǒng)自動(dòng)為我們創(chuàng)建的
• 并發(fā)隊(duì)列（Concurrent Dispatch Queue） ：
  同時(shí)允許多個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。（可以開啟多個(gè)線程，并且同時(shí)執(zhí)行任務(wù)）。并發(fā)隊(duì)列的并發(fā)功能只有在異步（dispatch_async）函數(shù)下才有效

3、死鎖

在串行隊(duì)列中添加任務(wù)的block中含有另一個(gè)向同一隊(duì)列添加的同步任務(wù)就會(huì)發(fā)生死鎖，因?yàn)橥饺蝿?wù)立即執(zhí)行，隊(duì)列需要遵守FIFO（先進(jìn)先出）的原則，串行隊(duì)列需要等待前一個(gè)任務(wù)執(zhí)行結(jié)束才會(huì)執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)，導(dǎo)致互相等待造成死鎖。

接下來(lái)我們從源碼中了解一下GCD的串行隊(duì)列和并發(fā)隊(duì)列都做了什么，有什么區(qū)別。

dispatch_queue_t main = dispatch_get_main_queue(); //主隊(duì)列
dispatch_queue_t global = dispatch_get_global_queue(0, 0); //全局隊(duì)列
dispatch_queue_t serial = dispatch_queue_create("WT", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); // 串行隊(duì)列
dispatch_queue_t concurrent = dispatch_queue_create("WT", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); //并發(fā)隊(duì)列
// 主隊(duì)列源碼
dispatch_get_main_queue(void) { 
    return DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_main_t, _dispatch_main_q);
}
struct dispatch_queue_static_s _dispatch_main_q = {
    DISPATCH_GLOBAL_OBJECT_HEADER(queue_main),
    #if !DISPATCH_USE_RESOLVERS
    .do_targetq = _dispatch_get_default_queue(true),
    #endif
    .dq_state = DISPATCH_QUEUE_STATE_INIT_VALUE(1) |
    DISPATCH_QUEUE_ROLE_BASE_ANON,
    .dq_label = "com.apple.main-thread",
    .dq_atomic_flags = DQF_THREAD_BOUND | DQF_WIDTH(1),
    .dq_serialnum = 1,
};
// 全局隊(duì)列源碼
dispatch_get_global_queue(intptr_t priority, uintptr_t flags) {
    dispatch_qos_t qos = _dispatch_qos_from_queue_priority(priority);
    ……
    return _dispatch_get_root_queue(qos, flags & DISPATCH_QUEUE_OVERCOMMIT);
}
#define DISPATCH_QUEUE_WIDTH_FULL 0x1000ull
#define DISPATCH_QUEUE_WIDTH_POOL (DISPATCH_QUEUE_WIDTH_FULL - 1)
struct dispatch_queue_global_s _dispatch_root_queues[] = {
    #define _DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX(n, flags) \
    ((flags & DISPATCH_PRIORITY_FLAG_OVERCOMMIT) ? \
    DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_##n##_QOS_OVERCOMMIT : \
    DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_##n##_QOS)
    #define _DISPATCH_ROOT_QUEUE_ENTRY(n, flags, ...) \
    [_DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX(n, flags)] = { \
    DISPATCH_GLOBAL_OBJECT_HEADER(queue_global), \
    .dq_state = DISPATCH_ROOT_QUEUE_STATE_INIT_VALUE, \
    .do_ctxt = _dispatch_root_queue_ctxt(_DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX(n, flags)), \
    .dq_atomic_flags = DQF_WIDTH(DISPATCH_QUEUE_WIDTH_POOL), \
    .dq_priority = flags | ((flags & DISPATCH_PRIORITY_FLAG_FALLBACK) ? \
    _dispatch_priority_make_fallback(DISPATCH_QOS_##n) : \
    _dispatch_priority_make(DISPATCH_QOS_##n, 0)), \
    __VA_ARGS__ \
    }
    _DISPATCH_ROOT_QUEUE_ENTRY(MAINTENANCE, 0,
        .dq_label = "com.apple.root.maintenance-qos",
        .dq_serialnum = 4,
    ),
    ...省略部分...
    _DISPATCH_ROOT_QUEUE_ENTRY(USER_INTERACTIVE, DISPATCH_PRIORITY_FLAG_OVERCOMMIT,
        .dq_label = "com.apple.root.user-interactive-qos.overcommit",
        .dq_serialnum = 15,
    ),
};
// 串行隊(duì)列源碼
#define DISPATCH_QUEUE_SERIAL NULL
// 并發(fā)隊(duì)列源碼
#define DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_attr_t,  _dispatch_queue_attr_concurrent)
dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr) {
    return _dispatch_lane_create_with_target(label, attr, DISPATCH_TARGET_QUEUE_DEFAULT, true);
}
#if OS_OBJECT_USE_OBJC
#define DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(type, object) ((OS_OBJECT_BRIDGE type)&(object))

#define DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX  (DISPATCH_QUEUE_WIDTH_FULL - 2)
static dispatch_queue_t _dispatch_lane_create_with_target(const char *label, dispatch_queue_attr_t dqa, dispatch_queue_t tq, bool legacy) {
    // 串行隊(duì)列dqai為{}
    dispatch_queue_attr_info_t dqai = _dispatch_queue_attr_to_info(dqa);
    ...省略部分 - 根據(jù)dqai規(guī)范化參數(shù)...
    dispatch_lane_t dq = _dispatch_object_alloc(vtable, sizeof(struct dispatch_lane_s));
    // 初始化隊(duì)列 并發(fā)隊(duì)列 DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX  串行隊(duì)列 1
    _dispatch_queue_init(dq, dqf, dqai.dqai_concurrent ? DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX : 1, DISPATCH_QUEUE_ROLE_INNER | (dqai.dqai_inactive ? DISPATCH_QUEUE_INACTIVE : 0));
    ...省略部分...
    return _dispatch_trace_queue_create(dq)._dq;
}
_dispatch_queue_attr_to_info(dispatch_queue_attr_t dqa) {
    dispatch_queue_attr_info_t dqai = { };
    // 串行隊(duì)列直接返回 {}
    if (!dqa) return dqai; //
    #if DISPATCH_VARIANT_STATIC
        if (dqa == &_dispatch_queue_attr_concurrent) { // 并發(fā)隊(duì)列
            dqai.dqai_concurrent = true;
            return dqai;
        }
    #endif
    ...一系列操作...
    return dqai;
}
static inline dispatch_queue_class_t _dispatch_queue_init(dispatch_queue_class_t dqu, dispatch_queue_flags_t dqf, uint16_t width, uint64_t initial_state_bits) {
    uint64_t dq_state = DISPATCH_QUEUE_STATE_INIT_VALUE(width);
    dispatch_queue_t dq = dqu._dq;
    dispatch_assert((initial_state_bits & ~(DISPATCH_QUEUE_ROLE_MASK |
    DISPATCH_QUEUE_INACTIVE)) == 0);
    if (initial_state_bits & DISPATCH_QUEUE_INACTIVE) {
        dq->do_ref_cnt += 2; // rdar://8181908 see _dispatch_lane_resume
        if (dx_metatype(dq) == _DISPATCH_SOURCE_TYPE) {
            dq->do_ref_cnt++; // released when DSF_DELETED is set
        }
    }
    dq_state |= initial_state_bits;
    dq->do_next = DISPATCH_OBJECT_LISTLESS;
    dqf |= DQF_WIDTH(width); // 串行隊(duì)列DQF_WIDTH(1) -- 主隊(duì)列  -- 串行隊(duì)列
    os_atomic_store2o(dq, dq_atomic_flags, dqf, relaxed);
    dq->dq_state = dq_state;
    dq->dq_serialnum =
    os_atomic_inc_orig(&_dispatch_queue_serial_numbers, relaxed);
    return dqu;
}

我們可以看到初始化的時(shí)候，主隊(duì)列及串行隊(duì)列初始化隊(duì)列都是DQF_WIDTH(1)，全局并發(fā)隊(duì)列DQF_WIDTH(0x1000ull - 1 = 15),并發(fā)隊(duì)列DQF_WIDTH(0x1000ull - 2 = 14);

主隊(duì)列的number = 1，全局隊(duì)列number = 4-15，其他number也可以在Dispatch Source/init.c文件里查找到。

總結(jié)

串行隊(duì)列就類似單行道，并發(fā)隊(duì)列相當(dāng)于多車道，雖然都是FIFO的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是串行隊(duì)列只能往一個(gè)隊(duì)列中添加任務(wù)，一定會(huì)按照放入隊(duì)列的順序進(jìn)行順序執(zhí)行；

并發(fā)隊(duì)列可以往多個(gè)隊(duì)列中添加任務(wù)，等待線程執(zhí)行隊(duì)列中的任務(wù)，線程的調(diào)度隊(duì)列的情況和任務(wù)的復(fù)雜度決定了任務(wù)的執(zhí)行順序。

以上就是iOS開發(fā)探索多線程GCD隊(duì)列示例詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于iOS開發(fā)多線程GCD隊(duì)列的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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