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为什么要用GCD? (Why GCD?)

2016-09-25 13:24 iOS开发者

来自:我叫纠结伦 - 简书

链接:http://www.jianshu.com/p/017bd65ba86b

原文:http://www.humancode.us/2014/07/31/why-gcd.html

已获转载授权


一句话概括:更好的并行。


在过去的10年中,CPU的速度提升遇到了瓶颈,为了获得更强的性能,CPU的制造商在他们的产品中加入越来越多的核心(我的MacBook Pro是8核的并且它一天二十四小时都在运行)



CPU运算速度


问题是,我们的程序并不能从这些额外的核心中获得益处,除非它知道如何高效的分发任务给这些核心。


用并行的思想来处理这个问题就是同时处理多个任务,这实现起来并不简单,不过GCD让这件事变得简单可控。


你不必写一大堆实现并行的代码,直接使用GCD实现它,让你的UI和网络请求不再需要等待任务完成之后才去执行,从而使你的程序变得响应更快。


不过在那之前,让我们先看一看在使用GCD应该先做哪些功课。


线程


传统的实现并行的方式就是使用线程。在一个多核的电脑中,每一个新的线程可以被分配给不用的核心去执行,多个核心同时运行不同的线程,这就实现了并行。

单核的情况下,这个核心会定期的抢占一个正在运行的线程的资源,从而让其他线程得以运行,这就给人一种错觉好像是并行执行的。
但是使用线程来实现并行也就意味着你将面临一些问题,把数据从一个线程传入和取出通常不太简单,把控制信号从一个线程传到另一个线程也并不容易,对于那些在一个高度并行的系统中要被执行的若干任务,要想算出究竟应该创建多少个线程也是个问题。


由于创建和销毁线程是一个开销相对较大的任务,所以很多多线程的程序结束于一个线程池,线程池是在线程之前创建的一个集合。这些线程池也将由你来管理,这将加大你程序的复杂度。


同步


当你有许多线程需要运行,你肯定会遇到一个典型的问题——竞态条件(race conditions),即最终的计算结果是不确定的,取决于这些线程的执行顺序。

一个典型的竞态条件例子就是“银行账户问题”:

@interface BankAccount: NSObject   
@property (nonatomic, assign) double balance;   @end  
// ...  

// Create an account holding $100  
BankAccount *account = [[BankAccount alloc] init];   account.balance = 100;   // ...  

// Thread 1 - withdraw $10  
void thread1() {      double balance = account.balance;      account.balance = balance - 10;   }   // ...   // Thread 2 - accrue 10% interest  
void thread2() {      double balance = account.balance;      account.balance = balance * 1.10;   }   // account.balance = ?

账户最后的约余额取决于这些语句在这2个线程中的执行顺序(记住,这些线程是同时执行的)。


假设这些线程只能被上面这些语句所占用,那么这一段代码有可能出现多少种结果?这些值又是多少?


竞态条件在单核的设备上也有可能出现


这类问题的传统解决办法就是采用同步对象。典型的同步对象包括以下几个:


  • 信号量(Semaphore) - 只运行一定的资源被使用,线程必须等待直到有可用的资源

  • 互斥锁(Mutual Exclusion) - 同一时间只允许一个线程被执行,当一个线程有互斥锁时,别的线程必须等待

  • 条件变量(Condition Variable) - 线程必须等待某些条件变成true才能执行

  • 队列,队列,队列


gcd解决了线程管理和同步的问题,并且从头开始采用了一个新的抽象化概念:队列。


简单来说,队列是一种串行执行其中任务的数据结构。一个程序可以创建多个队列,同时这些队列能够相对彼此并行得执行任务,加入每个队列中的任务将会被顺序执行。


队列相对于多线程有着明显的优势。首先,线程将由CGD库来管理,队列会被按需分配给线程,线程没有被使用时将会被释放。其次,GCD库可以向系统咨询,什么时候创建多少线程是最合适的。最后,因为队列只有在它需要时才会去创建线程,所以队列是开销较小的。一个程序可以有几十个队列也不会使得其资源紧张。


总之:队列给你提供了线程的优点,却不需要你去考虑线程的管理。


在CGD中有三种类型的队列:


  • 串行队列(Serial) - 按照任务加入队列的顺序,同一时间只执行一个任务。一个任务开始执行之前,其前面一个任务必须执行完成。

  • 并发队列(Concurrent) - 也是按照任务加入队列的顺序执行任务,但是每一个任务是并发的执行,后面任务执行也不需要等待前一个任务的结束才开始。

  • 主队列(Main) - 一个在主线程中预先创建好的串行队列,这个队列可以和NSRunLoop进行交互,你的程序通常是在这个队列中开始执行。


Blocks(代码块)


一般以向队列中加入block的方式来使用队列。


你也可以把函数调用加入队列中,但是这一系列的文章将会聚焦在GCD的block相关的API上。


Block是一个能捕捉其上下文的代码块,这里有一个例子:

#import <Foundation/Foundation.h>   
typedef void(^Block)();   Block printer(NSString *string) {      return ^{          NSLog(@"%@", string);      };   }   int main(int argc, const char * argv[]) {      @autoreleasepool {          Block a = printer(@"Hello");          Block b = printer(@"World");          a(); // prints "Hello"          b(); // prints "World"          a(); // prints "Hello" again      }      return 0;   }

在上面的例子中,printer()返回一个带有string参数的block,每一次这个block被调用,block里的代码就会拿着这个block创建时赋值给这个参数的值去执行。


Hello, Dispatch World!


现在我们准备好了一切去使用GCD写出我们的第一个"Hello World"程序。如下:

#import <Foundation/Foundation.h>   int main() {   
    // Enqueue two blocks on the main queue.   
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{   
        NSLog(@"Hello");   
    });   
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{   
        NSLog(@"World");   
    });   

    // Nothing is printed yet because we are also running in the main queue.   

    dispatch_main(); // Print "Hello" "World".   
    return -1; // Never called.   }

让我们看看这一段代码是怎么工作的:


dispatch_async()的调用告诉GCD去入队一个block,然后继续往下执行而并不需要等待block里的代码执行完,我们调用了两次dispatch_async(),也就是说将两个block加入了主队列中。


注意这时候程序自己就在主队列中运行着(主队列在程序运行之前就存在了,main()通常就在主队列中被执行),所以没有任何东西被打印出来。入队的这两个block会在main()之后被调用。


为了执行主队列中的block,我们调用了dispatch_main(),这会暂停main()中的初始化工作,然后执行加入主线程中的blcok。首先,打印“Hello”的block被执行,这个block执行完后,下一个block将会被执行,它打印出了“World“。


如果你的程序使用了基础类库(Foundation classes),你最好用[[NSRunLoop currentRunLoop] run]代替dispatch_main(),因为后者不支持 run loop sources 比如NSTimer


当主队列执行完毕,dispatch_main()只是被闲置,程序并不会终止!如果你想让你的程序运行完之后就终止,你必须把exit(0)的操作加入队列中,试试吧!

恭喜!你已经写下了你的第一个GCD程序,在下一篇中,我们将讨论一下如何以同步的方式使用队列。



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