iOS ------ 多线程 GCD

news2024/11/23 9:31:48

一，GCD简介

GCD是Apple开发的一个多线程的较新的解决方案。它主要用于优化应用程序以支持多核处理器以及其他对称处理系统。它是一个在线程池模式的基础上执行的并发任务。

为什么要使用GCD？

  • GCD！可用于多核的并行运算
  • GCD会自动利用更多的CPU内核（比如双核，四核）
  • 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想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

二，GCD任务和队列

  1. 任务：就是执行操作的意思，换句话说就是你在线程中执行的那段代码。在 GCD 中是放在 block 中的。
  2. 队列：这里的队列指执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列。队列是一种特殊的 线性表，采用 FIFO（先进先出）的原则，即新任务总是被插入到队列的末尾，而读取任务的时候总是从队列的头部开始读取。每读取一个任务，则从队列中释放一个任务。
    在这里插入图片描述
  3. 同步执行（sync）：

同步添加任务到指定的队列中，在添加的任务执行结束之前，会一直等待，直到队列里面的任务完成之后再继续执行。
只能在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    // 串行队列的创建方法
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"4 -- %@", [NSThread currentThread]);
    // Do any additional setup after loading the view.
}
输出
2024-05-29 20:53:55.168850+0800 GCD详解[69722:2675459] 1 -- <_NSMainThread: 0x600000b70100>{number = 1, name = main}
2024-05-29 20:53:55.168911+0800 GCD详解[69722:2675459] 2 -- <_NSMainThread: 0x600000b70100>{number = 1, name = main}
2024-05-29 20:53:55.168958+0800 GCD详解[69722:2675459] 3 -- <_NSMainThread: 0x600000b70100>{number = 1, name = main}
2024-05-29 20:53:55.169010+0800 GCD详解[69722:2675459] 4 -- <_NSMainThread: 0x600000b70100>{number = 1, name = m
  1. 异步执行（async）：

异步添加任务到指定的队列中，它不会做任何等待，可以继续执行任务。
可以在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    // 串行队列的创建方法
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"4 -- %@", [NSThread currentThread]);
    // Do any additional setup after loading the view.
}
输出
2024-05-29 21:02:04.468604+0800 GCD详解[69868:2682284] 1 -- <_NSMainThread: 0x60000376c540>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:02:04.468673+0800 GCD详解[69868:2682284] 4 -- <_NSMainThread: 0x60000376c540>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:02:04.468678+0800 GCD详解[69868:2682427] 2 -- <NSThread: 0x600003765580>{number = 6, name = (null)}
2024-05-29 21:02:04.468735+0800 GCD详解[69868:2682427] 3 -- <NSThread: 0x600003765580>{number = 6, name = (null)}
  1. 串行队列（Serial Dispatch Queue）：

每次只有一个任务被执行。让任务一个接着一个地执行。（只开启一个线程，一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

  1. 并发队列（Concurrent Dispatch Queue）：

可以让多个任务并发（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（dispatch_async）方法下才有效。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    // 并行队列的创建方法
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"4 -- %@", [NSThread currentThread]);
    // Do any additional setup after loading the view.
}
输出
024-05-29 21:03:45.087904+0800 GCD详解[69913:2684176] 1 -- <_NSMainThread: 0x600001d0c400>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:03:45.087962+0800 GCD详解[69913:2684176] 2 -- <_NSMainThread: 0x600001d0c400>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:03:45.087992+0800 GCD详解[69913:2684176] 3 -- <_NSMainThread: 0x600001d0c400>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:03:45.088034+0800 GCD详解[69913:2684176] 4 -- <_NSMainThread: 0x600001d0c400>{number = 1, name = main}

三， GCD 的使用步骤

GCD 的使用步骤只有两步：

1，创建一个队列（串行队列或并发队列）；
2，将任务追加到任务的等待队列中，然后系统就会根据任务类型执行任务（同步执行或异步执行）。

3.1 队列的创建方法 / 获取方法

  • 可以使用 dispatch_queue_create 方法来创建队列。该方法需要传入两个参数：

第一个参数表示队列的唯一标识符，用于 DEBUG，可为空。队列的名称推荐使用应用程序 ID 这种逆序全程域名。
第二个参数用来识别是串行队列还是并发队列。DISPATCH_QUEUE_SERIAL 表示串行队列，DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT 表示并发队列。

// 串行队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// 并发队列的创建方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
  • 对于串行队列，GCD 默认提供了：主队列（Main Dispatch Queue）。

1.所有放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行。
2.可使用 dispatch_get_main_queue() 方法获得主队列。

⚠️注意：主队列其实并不特殊。 主队列的实质上就是一个普通的串行队列，只是因为默认情况下，平常写的代码是放在主队列中的，然后主队列中的代码，又都会放到主线程中去执行，所以才造成了主队列特殊的现象。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
  • 对于并发队列，GCD 默认提供了 全局并发队列（Global Dispatch Queue）。

可以使用 dispatch_get_global_queue 方法来获取全局并发队列。需要传入两个参数。第一个参数表示队列优先级，一般用 DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT。第二个参数暂时没用，用 0 即可。

// 全局并发队列的获取方法
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

3.2 任务的创建方法

GCD 提供了同步执行任务的创建方法 dispatch_sync 和异步执行任务创建方法 dispatch_async。

// 同步执行任务创建方法
dispatch_sync(queue, ^{
    // 这里放同步执行任务代码
});
// 异步执行任务创建方法
dispatch_async(queue, ^{
    // 这里放异步执行任务代码
});

虽然使用 GCD 只需两步，但是既然我们有两种队列（串行队列 / 并发队列），两种任务执行方式（同步执行 / 异步执行），那么我们就有了四种不同的组合方式。这四种不同的组合方式是：

  1. 同步执行 + 并发队列
  2. 异步执行 + 并发队列
  3. 同步执行 + 串行队列
  4. 异步执行 + 串行队列

实际上，刚才还说了两种默认队列：全局并发队列、主队列。全局并发队列可以作为普通并发队列来使用。但是当前代码默认放在主队列中，所以主队列很有必要专门来研究一下，这样就有六种不同的组合方式了。

  1. 同步执行 + 主队列
  2. 异步执行 + 主队列

3.3任务和队列不同组合方式的区别

3.3.1 同步执行 + 并发队列

在当前线程中执行任务，不会开启新线程，执行完一个任务，再执行下一个任务。

NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_sync(queue, ^{
         [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
         NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
         [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
         NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
         [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
         NSLog(@"4 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5 -- %@", [NSThread currentThread]);

输出结果

2024-05-29 21:30:27.212376+0800 GCD详解[70435:2704510] 1 -- <_NSMainThread: 0x6000022584c0>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:30:27.212433+0800 GCD详解[70435:2704510] 2 -- <_NSMainThread: 0x6000022584c0>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:30:27.212479+0800 GCD详解[70435:2704510] 3 -- <_NSMainThread: 0x6000022584c0>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:30:27.212530+0800 GCD详解[70435:2704510] 4 -- <_NSMainThread: 0x6000022584c0>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:30:27.212569+0800 GCD详解[70435:2704510] 5 -- <_NSMainThread: 0x6000022584c0>{number = 1, name = main}

从 同步执行 + 并发队列 中可看到：

  • 所有任务都是在当前线程（主线程）中执行的，没有开启新的线程（同步执行不具备开启新线程的能力）。
  • 所有任务都在打印的任务1和任务5之间执行的（同步任务 需要等待队列的任务执行结束）。
  • 任务按顺序执行的。按顺序执行的原因：虽然 并发队列 可以开启多个线程，并且同时执行多个任务。但是因为本身不能创建新线程，只有当前线程这一个线程（同步任务 不具备开启新线程的能力），所以也就不存在并发。而且当前线程只有等待当前队列中正在执行的任务执行完毕之后，才能继续接着执行下面的操作（同步任务 需要等待队列的任务执行结束）。所以任务只能一个接一个按顺序执行，不能同时被执行。
3.3.2 异步执行 + 并发队列
  • 可以开启多个线程，任务交替（同时）执行。
NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("testQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"4 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5 -- %@", [NSThread currentThread]);

输出结果

024-05-29 21:36:49.626519+0800 GCD详解[70567:2709956] 1 -- <_NSMainThread: 0x600003d9c040>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:36:49.626591+0800 GCD详解[70567:2709956] 5 -- <_NSMainThread: 0x600003d9c040>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:36:51.631683+0800 GCD详解[70567:2710054] 2 -- <NSThread: 0x600003dd4c00>{number = 4, name = (null)}
2024-05-29 21:36:51.631683+0800 GCD详解[70567:2710050] 4 -- <NSThread: 0x600003dd4e00>{number = 5, name = (null)}
2024-05-29 21:36:51.631683+0800 GCD详解[70567:2710053] 3 -- <NSThread: 0x600003d9af40>{number = 3, name = (null)}

在 异步执行 + 并发队列 中可以看出：

  • 除了当前线程（主线程），系统又开启了 3 个线程，并且任务是交替/同时执行的。（异步执行 具备开启新线程的能力。且 并发队列 可开启多个线程，同时执行多个任务）。
  • 所有任务是在打印的任务1 和任务5之后才执行的。说明当前线程没有等待，而是直接开启了新线程，在新线程中执行任务（异步执行 不做等待，可以继续执行任务）。
3.3.3 同步执行 + 串行队列
  • 不会开启新线程，在当前线程执行任务。任务是串行的，执行完一个任务，再执行下一个任务。
NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"4 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5 -- %@", [NSThread currentThread]);

输出结果

2024-05-29 21:40:14.290797+0800 GCD详解[70741:2714482] 1 -- <_NSMainThread: 0x60000362c400>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:40:16.291817+0800 GCD详解[70741:2714482] 2 -- <_NSMainThread: 0x60000362c400>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:40:18.292859+0800 GCD详解[70741:2714482] 3 -- <_NSMainThread: 0x60000362c400>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:40:20.293898+0800 GCD详解[70741:2714482] 4 -- <_NSMainThread: 0x60000362c400>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:40:20.293968+0800 GCD详解[70741:2714482] 5 -- <_NSMainThread: 0x60000362c400>{number = 1, name = main}

在 同步执行 + 串行队列 可以看到：

  • 所有任务都是在当前线程（主线程）中执行的，并没有开启新的线程（同步执行 不具备开启新线程的能力）。
  • 所有任务都在打印的任务1和任务5之间执行（同步任务 需要等待队列的任务执行结束）。
  • 任务是按顺序执行的（串行队列 每次只有一个任务被执行，任务一个接一个按顺序执行）。
3.3.4异步执行 + 串行队列
  • 会开启新线程，但是因为任务是串行的，执行完一个任务，再执行下一个任务
NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("testQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"4 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5 -- %@", [NSThread currentThread]);

输出结果：

2024-05-29 21:43:18.017856+0800 GCD详解[70835:2717791] 1 -- <_NSMainThread: 0x6000037b8000>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:43:18.017922+0800 GCD详解[70835:2717791] 5 -- <_NSMainThread: 0x6000037b8000>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:43:20.023459+0800 GCD详解[70835:2717899] 2 -- <NSThread: 0x6000037f0540>{number = 5, name = (null)}
2024-05-29 21:43:22.028921+0800 GCD详解[70835:2717899] 3 -- <NSThread: 0x6000037f0540>{number = 5, name = (null)}
2024-05-29 21:43:24.033872+0800 GCD详解[70835:2717899] 4 -- <NSThread: 0x6000037f0540>{number = 5, name = (null)}

在 异步执行 + 串行队列 可以看到：

  • 开启了一条新线程（异步执行 具备开启新线程的能力，串行队列 只开启一个线程）。
  • 所有任务是在打印的任务1和任务5之后才开始执行的（异步执行 不会做任何等待，可以继续执行任务）。
  • 任务是按顺序执行的（串行队列 每次只有一个任务被执行，任务一个接一个按顺序执行）。
3.3.5同步执行 + 主队列
  • 同步执行 + 主队列 在不同线程中调用结果也是不一样，在主线程中调用会发生死锁问题，而在其他线程中调用则不会。
  • 主队列：
    默认情况，平常所写的代码是直接放在主队列中的
    所有放在主队列中的任务，都会在主线程中执行
    可使用dispatch_get_main_queue() 获得主队列
3.3.5.1 在主线程中调用 同步执行 + 主队列
  • 互相等待卡住不可行
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"4 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5 -- %@", [NSThread currentThread]);
}

这样会直接崩溃

这是因为我们在主线程中执行任务5方法，相当于把任务5放到了主线程的队列中。而 同步执行 会等待当前队列中的任务执行完毕，才会接着执行。那么当我们把 任务2追加到主队列中，任务2就在等待主线程处理完5任务。而任务5需要等待任务1 所在队列的所有任务执行完毕，才能接着执行。这样相互等待，就造成了死锁。

3.3.5.2在其他线程中调用『同步执行 + 主队列』
  • 不会开启新线程，执行完一个任务，再执行下一个任务
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(syncMain) toTarget:self withObject:nil];
    
}
- (void)syncMain {
    NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_sync(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"4 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5 -- %@", [NSThread currentThread]);
 }

输出结果：

2024-05-29 21:59:50.168185+0800 GCD详解[71147:2730839] 1 -- <NSThread: 0x6000027bc700>{number = 7, name = (null)}
2024-05-29 21:59:52.197328+0800 GCD详解[71147:2730626] 2 -- <_NSMainThread: 0x6000027d0000>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:59:54.203257+0800 GCD详解[71147:2730626] 3 -- <_NSMainThread: 0x6000027d0000>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:59:56.210364+0800 GCD详解[71147:2730626] 4 -- <_NSMainThread: 0x6000027d0000>{number = 1, name = main}
2024-05-29 21:59:56.210959+0800 GCD详解[71147:2730839] 5 -- <NSThread: 0x6000027bc700>{number = 7, name = (null)}

在其他线程中使用 同步执行 + 主队列 可看到：

  • 所有任务都是在主线程（非当前线程）中执行的，没有开启新的线程（所有放在主队列中的任务，都会放到主线程中执行）。
  • 所有任务都在打印的任务1和任务5之间执行（同步任务 需要等待队列的任务执行结束）。
  • 任务是按顺序执行的（主队列是 串行队列，每次只有一个任务被执行，任务一个接一个按顺序执行）。

这里任务2不用等待其他线程的任务5执行完，不会造成死锁。

3.3.6 异步执行 + 主队列
  • 只在主线程执行任务，执行完一个任务，在执行下一个任务
NSLog(@"1 -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();

    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"2 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"3 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"4 -- %@",[NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"5 -- %@", [NSThread currentThread]);

输出结果：

2024-05-30 19:47:21.114444+0800 GCD详解[96320:3468801] 1 -- <_NSMainThread: 0x6000011780c0>{number = 1, name = main}
2024-05-30 19:47:21.114507+0800 GCD详解[96320:3468801] 5 -- <_NSMainThread: 0x6000011780c0>{number = 1, name = main}
2024-05-30 19:47:23.140562+0800 GCD详解[96320:3468801] 2 -- <_NSMainThread: 0x6000011780c0>{number = 1, name = main}
2024-05-30 19:47:25.142281+0800 GCD详解[96320:3468801] 3 -- <_NSMainThread: 0x6000011780c0>{number = 1, name = main}
2024-05-30 19:47:27.143875+0800 GCD详解[96320:3468801] 4 -- <_NSMainThread: 0x6000011780c0>{number = 1, name = main}

在 异步执行 + 主队列 可以看到：

  • 所有任务都是在当前线程（主线程）中执行的，并没有开启新的线程（虽然 异步执行 具备开启线程的能力，但因为是主队列，所以所有任务都在主线程中）。
  • 所有任务是在打印的任务1和任务5之后才开始执行的（异步执行不会做任何等待，可以继续执行任务）。
  • 任务是按顺序执行的（因为主队列是 串行队列，每次只有一个任务被执行，任务一个接一个按顺序执行）。

四，GCD线程间的通信

在 iOS 开发过程中，我们一般在主线程里边进行 UI 刷新，例如：点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程，比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时，需要回到主线程，那么就用到了线程之间的通讯。

//获取全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    //获取主队列
    dispatch_queue_t mainqueue = dispatch_get_main_queue();
    NSLog(@"begin---%@", [NSThread currentThread]);
    dispatch_async(queue, ^{
        //异步追加任务1
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]);
        
        //回到主线程
        dispatch_async(mainqueue, ^{
            //追加到主线程中2执行任务
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
            NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]);
        });
        NSLog(@"3---%@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"end---%@", [NSThread currentThread]);

输出结果

2024-05-30 20:15:39.553857+0800 GCD详解[96959:3489760] begin---<_NSMainThread: 0x600000a0c100>{number = 1, name = main}
2024-05-30 20:15:39.553924+0800 GCD详解[96959:3489760] end---<_NSMainThread: 0x600000a0c100>{number = 1, name = main}
2024-05-30 20:15:41.559224+0800 GCD详解[96959:3490016] 1---<NSThread: 0x600000a4dd40>{number = 8, name = (null)}
2024-05-30 20:15:41.559701+0800 GCD详解[96959:3490016] 3---<NSThread: 0x600000a4dd40>{number = 8, name = (null)}
2024-05-30 20:15:43.560499+0800 GCD详解[96959:3489760] 2---<_NSMainThread: 0x600000a0c100>{number = 1, name = main}
  • 可以看到在其他线程中先执行任务，执行完了之后回到主线程执行主线程的相应操作。

六，GCD信号量： dispatch_semaphore

Dispatch Semaphore（调度信号量）是 GCD（Grand Central Dispatch）提供的一种同步机制，用于控制并发访问资源或者在不同线程之间进行同步。信号量可以用来限制并发执行的任务数量，或者让一个线程等待某个事件的发生。

使用 Dispatch Semaphore

  • 创建信号量

dispatch_semaphore_create 用于创建一个信号量，初始计数可以是任意非负整数。

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1); // 创建初始值为1的信号量
  • 等待信号量

dispatch_semaphore_wait 用于等待信号量，如果信号量计数大于0，则减1并立即返回；否则阻塞当前线程，直到信号量计数大于0或者超时。

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); // 等待信号量，永远阻塞直到信号量计数大于0
  • 发送信号

dispatch_semaphore_signal 用于发送信号，即增加信号量的计数。如果有等待的线程，则唤醒一个等待的线程。

dispatch_semaphore_signal(semaphore); // 发送信号，增加信号量计数
控制并发任务数量

假设你想限制最多只有2个任务同时执行，可以使用信号量来实现：

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(2); // 最多允许2个任务同时执行

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); // 等待信号量
        NSLog(@"Task %d started", i);
        sleep(2); // 模拟任务耗时2秒
        NSLog(@"Task %d completed", i);
        dispatch_semaphore_signal(semaphore); // 发送信号
    });
}
实现线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务
NSLog(@"currentThread -- %@", [NSThread currentThread]);
    NSLog(@"semaphere --- begin");
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_semaphore_t semaphere = dispatch_semaphore_create(0);
    
    __block int number = 0;
    dispatch_async(queue, ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"1 --- %@", [NSThread currentThread]);
        
        number = 100;
        
        dispatch_semaphore_signal(semaphere);
    });
    dispatch_semaphore_wait(semaphere, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    NSLog(@"semaphore --- end  number = %d", number);

输出结果：

2024-05-30 21:27:19.082058+0800 GCD详解[98426:3541645] currentThread -- <_NSMainThread: 0x6000030f4000>{number = 1, name = main}
2024-05-30 21:27:19.082108+0800 GCD详解[98426:3541645] semaphere --- begin
2024-05-30 21:27:21.087427+0800 GCD详解[98426:3541817] 1 --- <NSThread: 0x6000030b2380>{number = 4, name = (null)}
2024-05-30 21:27:21.087923+0800 GCD详解[98426:3541645] semaphore --- end  number = 100

semaphore—end 是在执行完 number = 100; 之后才打印的。而且输出结果 number 为 100。
执行顺如下：

  1. semaphore 初始创建时计数为 0。
  2. 异步执行 将 任务 1 追加到队列之后，不做等待，接着执行 dispatch_semaphore_wait 方法，semaphore 减 1，此时 semaphore == -1，当前线程进入等待状态。
  3. 然后，异步任务 1 开始执行。任务 1 执行到 dispatch_semaphore_signal 之后，总信号量加 1，此时 semaphore == 0，正在被阻塞的线程（主线程）恢复继续执行，最后打印 semaphore—end,number = 100。

异步执行任务转换为同步执行任务，可以对异步的执行结果进行进一步操作。

Dispatch Semaphore 在实际开发中主要用于：

  • 保持线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务
  • 保证线程安全，为线程加锁

七，Dispatch Semaphore 线程安全和线程同步（为线程加锁）

非线程安全（不使用 semaphore）

先来看看不考虑线程安全的代码：

/**
 * 非线程安全：不使用 semaphore
 * 初始化火车票数量、卖票窗口（非线程安全）、并开始卖票
 */
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"semaphore---begin");
    
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // queue1 代表北京火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    // queue2 代表上海火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(queue1, ^{
        [weakSelf saleTicketNotSafe];
    });
    
    dispatch_async(queue2, ^{
        [weakSelf saleTicketNotSafe];
    });

/**
 * 售卖火车票（非线程安全）
 */
- (void)saleTicketNotSafe {
    while (1) {
        
        if (self.ticketSurplusCount > 0) {  // 如果还有票，继续售卖
            self.ticketSurplusCount--;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%d 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        } else { // 如果已卖完，关闭售票窗口
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            break;
        }
        
    }
}

线程安全（使用 semaphore 加锁）

/**
 * 线程安全：使用 semaphore 加锁
 * 初始化火车票数量、卖票窗口（线程安全）、并开始卖票
 */
- (void)initTicketStatusSave {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  // 打印当前线程
    NSLog(@"semaphore---begin");
    
    semaphoreLock = dispatch_semaphore_create(1);
    
    self.ticketSurplusCount = 50;
    
    // queue1 代表北京火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    // queue2 代表上海火车票售卖窗口
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(queue1, ^{
        [weakSelf saleTicketSafe];
    });
    
    dispatch_async(queue2, ^{
        [weakSelf saleTicketSafe];
    });
}

/**
 * 售卖火车票（线程安全）
 */
- (void)saleTicketSafe {
    while (1) {
        // 相当于加锁
        dispatch_semaphore_wait(semaphoreLock, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        
        if (self.ticketSurplusCount > 0) {  // 如果还有票，继续售卖
            self.ticketSurplusCount--;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数：%d 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        } else { // 如果已卖完，关闭售票窗口
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            
            // 相当于解锁
            dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
            break;
        }
        
        // 相当于解锁
        dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
    }
}

运行结果

2024-05-30 21:54:54.019858+0800 GCD详解[99036:3563863] 剩余票数：10 窗口：<NSThread: 0x6000036c0dc0>{number = 5, name = (null)}
2024-05-30 21:54:54.222849+0800 GCD详解[99036:3563864] 剩余票数：9 窗口：<NSThread: 0x600003681bc0>{number = 3, name = (null)}
2024-05-30 21:54:54.428311+0800 GCD详解[99036:3563863] 剩余票数：8 窗口：<NSThread: 0x6000036c0dc0>{number = 5, name = (null)}
2024-05-30 21:54:54.632216+0800 GCD详解[99036:3563864] 剩余票数：7 窗口：<NSThread: 0x600003681bc0>{number = 3, name = (null)}
2024-05-30 21:54:54.833208+0800 GCD详解[99036:3563863] 剩余票数：6 窗口：<NSThread: 0x6000036c0dc0>{number = 5, name = (null)}
2024-05-30 21:54:55.037057+0800 GCD详解[99036:3563864] 剩余票数：5 窗口：<NSThread: 0x600003681bc0>{number = 3, name = (null)}
2024-05-30 21:54:55.237681+0800 GCD详解[99036:3563863] 剩余票数：4 窗口：<NSThread: 0x6000036c0dc0>{number = 5, name = (null)}
2024-05-30 21:54:55.439402+0800 GCD详解[99036:3563864] 剩余票数：3 窗口：<NSThread: 0x600003681bc0>{number = 3, name = (null)}
2024-05-30 21:54:55.643820+0800 GCD详解[99036:3563863] 剩余票数：2 窗口：<NSThread: 0x6000036c0dc0>{number = 5, name = (null)}
2024-05-30 21:54:55.849417+0800 GCD详解[99036:3563864] 剩余票数：1 窗口：<NSThread: 0x600003681bc0>{number = 3, name = (null)}
2024-05-30 21:54:56.055054+0800 GCD详解[99036:3563863] 剩余票数：0 窗口：<NSThread: 0x6000036c0dc0>{number = 5, name = (null)}
2024-05-30 21:54:56.260555+0800 GCD详解[99036:3563864] 所有火车票均已售完
2024-05-30 21:54:56.261010+0800 GCD详解[99036:3563863] 所有火车票均已售完

semaphoreLock = dispatch_semaphore_create(1);这里的信号量设置为1，就是为了保证只有一个线程同时运行售卖火车票的这段代码。保证了线程安全。

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