【iOS】OC底层系列十三 - 多线程-GCD

iOS中的常见多线程方案：

一、GCD的常用函数

GCD中有2个用来执行任务的函数：

用同步的方式执行任务（当前线程）

1
2
3

// queue：队列
// block：任务
dispatch_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

用异步的方式执行任务（子线程）

1	dispatch_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

GCD源码：https://github.com/apple/swift-corelibs-libdispatch

GCD的队列可以分为2大类型：

并发队列（Concurrent Dispatch Queue）
- 可以让多个任务并发（同时）执行（自动开启多个线程同时执行任务）
- 并发功能只有在异步（dispatch_async）函数下才有效
串行队列（Serial Dispatch Queue）
- 让任务一个接着一个地执行（一个任务执行完毕后，再执行下一个任务）

有4个术语比较容易混淆：同步、异步、并发、串行。

同步和异步主要影响：能不能开启新的线程
- 同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
- 异步：在新的线程中执行任务，具备开启新线程的能力
并发和串行主要影响：任务的执行方式
- 并发：多个任务并发（同时）执行
- 串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务

dispatch_async和dispatch_sync用来控制是否要开启新的线程。队列（dispatch_queue）的类型决定了任务的执行方式是并发还是串行，主队列也是一个串行队列。

二、死锁（经典面试题）

使用sync函数往当前串行队列中添加任务，会卡住当前的串行队列（产生死锁）。

2.1. 示例代码一

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
  	dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(queue, ^{ // 线程1
        NSLog(@"2");
    });
    NSLog(@"3");
}

会产生死锁。输出顺序：1，然后到线程1会卡死，不会输出2和3。

由于队列是先入先出的，viewDidLoad的执行优先级比dispatch_sync高，所以需要等待viewDidLoad方法执行结束后才能执行同步线程中的任务。但由于是同步串行任务，因此会等待主线程的任务执行结束后（执行viewDidLoad）再往后执行。此时，viewDidLoad和dispatch_sync会形成相互等待的状态（也就是死锁），最终导致程序崩溃。

2.2. 示例代码二

在示例代码一的基础上把dispatch_sync修改为dispatch_async。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
  	dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ // 线程1
        NSLog(@"2");
    });
    NSLog(@"3");
}

不会产生死锁。输出顺序：1 - 3 - 2。

dispatch_async不要求立马在当前线程同步执行任务。线程是添加到主队列中执行的，虽然是异步任务，但不会开启新的线程。

2.3. 示例代码三

在示例代码二的基础上把队列修改为创建的串行队列，并且在异步线程中向队列中添加同步线程。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
  	dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{ // 线程1
        NSLog(@"2");
      	dispatch_sync(queue, ^{ // 线程2
            NSLog(@"3");
        });
      	NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

会产生死锁。输出顺序：1 - 5 - 2，然后到线程2会卡死，不会输出3和4。

和示例代码一的原因一样，线程1和线程2都添加到同一个串行队列中，线程1执行结束的前提条件是线程2的任务已经执行结束，线程2执行结束的前提条件是线程1的任务已经执行结束，所以会处在相互等待的状态（死锁）。

2.4. 示例代码四

在示例代码三的基础上把线程2添加到创建的并发队列中。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
  	dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
	  dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myqueue2", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^{ // 线程1
        NSLog(@"2");
      	dispatch_sync(queue2, ^{ // 线程2
            NSLog(@"3");
        });
        NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

不会产生死锁。输出顺序：1 - 5 - 2 - 3 - 4。

因为创建了2个不同的队列，当前每一个队列都只有一个任务，并且都是独立执行任务的，所以不会产生死锁。

2.5. 示例代码五

在示例代码四的基础上把线程2添加到创建的串行队列中。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
  	dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
	  dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("myqueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{ // 线程1
        NSLog(@"2");
      	dispatch_sync(queue2, ^{ // 线程2
            NSLog(@"3");
        });
        NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

不会产生死锁。输出顺序：1 - 5 - 2 - 3 - 4。

道理同示例代码四，两个不同的队列单独执行任务。

2.6. 示例代码六

在示例代码四的基础上把线程1添加也到并发队列中。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
  	dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^{ // 线程1
        NSLog(@"2");
      	dispatch_sync(queue, ^{ // 线程2
            NSLog(@"3");
        });
      	NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

不会产生死锁。输出顺序：1 - 5 - 2 - 3 - 4。

因为是并发队列，所以线程1和线程2会独立执行。

三、队列组

思考：如何用GCD实现以下功能。
异步并发执行任务1、任务2。等任务1、任务2都执行完毕后，再回到主线程执行任务3。

// 创建队列组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
// 创建并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("my_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// 添加异步任务
dispatch_group_async(group, queue, ^{
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        NSLog(@"任务1-%@", [NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_group_async(group, queue, ^{
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        NSLog(@"任务2-%@", [NSThread currentThread]);
    }
});

// 等前面的任务执行完毕后，会自动执行这个任务
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
  	// 回到主线程执行任务
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务3-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
});

/* 上面的代码和下面的代码是等价的
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        NSLog(@"任务3-%@", [NSThread currentThread]);
    }
});
*/

// 也可以在任务1和任务2执行完毕后，在同一个队列多次执行dispatch_group_notify继续异步执行任务4和任务5
/*
dispatch_group_notify(group, queue, ^{
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        NSLog(@"任务4-%@", [NSThread currentThread]);
    }
});

dispatch_group_notify(group, queue, ^{
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        NSLog(@"任务5-%@", [NSThread currentThread]);
    }
});
*/

面试题1：下面代码执行结果是什么？

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1");
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];
        NSLog(@"3");        
    });
}

- (void)test {
    NSLog(@"2");
}

输出：1 - 2，不会输出3。

如果把afterDelay取消，使用performSelector:withObject:就会输出1 - 2 - 3。

如果把任务放到主队列中，会输出1 - 3 - 2。

performSelector:withObject:afterDelay是RunLoop的一个扩展方法，它的本质是往RunLoop中添加定时器，但子线程默认是没有启动RunLoop的，所以上面的代码不会执行test方法。要想解决这个问题，只需要启动RunLoop就可以。

dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"1");
    [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];
    NSLog(@"3");    
  	[[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
});

面试题2：下面代码执行结果是什么？

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"1");
    }];
    [thread start];
    
    [self performSelector:@selector(test) onThread:thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)test {
    NSLog(@"2");
}

输出结果是：1，并且程序会崩溃。

由于block和test是在同一个线程上执行，并且会优先执行block中的任务，但是执行完block中的任务后线程就死掉了，所以再执行test方法时会报错。

正确做法（线程保活）：

NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
    NSLog(@"1");
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
  	// 不能调用[[NSRunLoop currentRunLoop] run]，否则线程就没办法停下
}];

GNUstep是GNU计划的项目之一，它将Cocoa的OC库重新开源实现了一遍（Foundation等一些框架是不开源的），虽然GNUstep不是苹果官方源码，但还是具有一定的参考价值。

源码地址：http://www.gnustep.org/resources/downloads.php