Swift4 - GCD的使用
2018年03月30日 17:33:27 Longshihua 阅读数：1165
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从Swift3开始GCD的API就发生了很大的变化，更加简洁，使用起来更方便。像我们经常开启一个异步线程处理事情然后切回主线程刷新UI操作，这里就变的非常简单了。
DispatchQueue.global().async {
// do async task
DispatchQueue.main.async {
// update UI
}
}
DispatchQueue
DispatchQueue字面意思就是派发列队，主要是管理需要执行的任务，任务以闭包或者DispatchWorkItem的方式进行提交.列队中的任务遵守FIFO原则。如果对于列队不是很了解，可以看这里。 列队可以是串行也可以是并发，串行列队按顺序执行，并发列队会并发执行任务，但是我们并不知道具体任务的执行顺序。
列队的分类
系统列队
主列队
let mainQueue = DispatchQueue.main
全局列队
let globalQueue = DispatchQueue.global()
用户创建列队
创建自己的列队，简单的方式就是指定列队的名称即可
let queue = DispatchQueue(label: "com.conpanyName.queue")
这样的初始化的列队有着默认的配置项,默认的列队是串行列队。便捷构造函数如下
public convenience init(label: String, qos: DispatchQoS = default, attributes: DispatchQueue.Attributes = default, autoreleaseFrequency: DispatchQueue.AutoreleaseFrequency = default, target: DispatchQueue? = default)
我们也可以自己显示设置相关属性，创建一个并发列队
let label = "com.conpanyName.queue"
let qos = DispatchQoS.default
let attributes = DispatchQueue.Attributes.concurrent
let autoreleaseFrequnecy = DispatchQueue.AutoreleaseFrequency.never
let queue = DispatchQueue(label: label, qos: qos, attributes: attributes, autoreleaseFrequency: autoreleaseFrequnecy, target: nil)
参数介绍
label：列队的标识符，能够方便区分列队进行调试
qos：列队的优先级（quality of service），其值如下：
public struct DispatchQoS : Equatable {
public static let background: DispatchQoS
public static let utility: DispatchQoS
public static let `default`: DispatchQoS
public static let userInitiated: DispatchQoS
public static let userInteractive: DispatchQoS
public static let unspecified: DispatchQoS
}
优先级由最低的background到最高的userInteractive共五个，还有一个为定义的unspecified.
background：最低优先级，等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND. 用户不可见，比如：在后台存储大量数据
utility：优先级等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW，可以执行很长时间，再通知用户结果。比如：下载一个大文件，网络，计算
default：默认优先级,优先级等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT，建议大多数情况下使用默认优先级
userInitiated：优先级等同于DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,需要立刻的结果
.userInteractive：用户交互相关，为了好的用户体验，任务需要立马执行。使用该优先级用于UI更新，事件处理和小工作量任务，在主线程执行。
Qos指定了列队工作的优先级，系统会根据优先级来调度工作，越高的优先级能够越快被执行，但是也会消耗功能，所以准确的指定优先级能够保证app有效的使用资源。详细可以看这里
attributes：列队的属性，也可以说是类型，即是并发还是串行。attributes是一个结构体并遵守OptionSet协议，所以传入的参数可以为[.option1, .option2]
public struct Attributes : OptionSet {
public let rawValue: UInt64
public init(rawValue: UInt64)
public static let concurrent: DispatchQueue.Attributes
public static let initiallyInactive: DispatchQueue.Attributes
}
默认：列队是串行的
.concurrent：列队是并发的
.initiallyInactive：列队不会自动执行，需要开发中手动触发
autoreleaseFrequency：自动释放频率，有些列队会在执行完任务之后自动释放，有些是不会自动释放的，需要手动释放。
简单看一下列队优先级
DispatchQueue.global(qos: .background).async {
for i in 1...5 {
print("background: \(i)")
}
}
DispatchQueue.global(qos: .default).async {
for i in 1...5 {
print("default: \(i)")
}
}
DispatchQueue.global(qos: .userInteractive).async {
for i in 1...5 {
print("userInteractive: \(i)")
}
}
执行结果：
default: 1
userInteractive: 1
background: 1
default: 2
userInteractive: 2
background: 2
userInteractive: 3
default: 3
userInteractive: 4
userInteractive: 5
default: 4
background: 3
default: 5
background: 4
background: 5
DispatchWorkItem
DispatchWorkItem是用于帮助DispatchQueue来执行列队中的任务。类的相关内容如下：
public class DispatchWorkItem {
public init(qos: DispatchQoS = default, flags: DispatchWorkItemFlags = default, block: @escaping @convention(block) () -> Swift.Void)
public func perform()
public func wait()
public func wait(timeout: DispatchTime) -> DispatchTimeoutResult
public func wait(wallTimeout: DispatchWallTime) -> DispatchTimeoutResult
public func notify(qos: DispatchQoS = default, flags: DispatchWorkItemFlags = default, queue: DispatchQueue, execute: @escaping @convention(block) () -> Swift.Void)
public func notify(queue: DispatchQueue, execute: DispatchWorkItem)
public func cancel()
public var isCancelled: Bool { get }
}
一般情况下，我们开启一个异步线程，会这样创建列队并执行async方法，以闭包的方式提交任务。
DispatchQueue.global().async
// do async task
}
但是Swift3中使用了DispatchWorkItem类将任务封装成为对象，由对象进行任务。
let item = DispatchWorkItem {
// do task
}
DispatchQueue.global().async(execute: item)
当然，这里也可以使用DispatchWorkItem实例对象的perform方法执行任务
let workItem = DispatchWorkItem {
// do task
}
DispatchQueue.global().async {
workItem.perform()
}
但是对比一下两种方式，显然第一种更加简洁，方便。
执行任务结束通过nofify获得通知
let workItem = DispatchWorkItem {
// do async task
print(Thread.current)
}
DispatchQueue.global().async {
workItem.perform()
}
workItem.notify(queue: DispatchQueue.main) {
// update UI
print(Thread.current)
}
使用wait等待任务执行完成
let queue = DispatchQueue(label: "queue", attributes: .concurrent)
let workItem = DispatchWorkItem {
sleep(5)
print("done")
}
queue.async(execute: workItem)
print("before waiting")
workItem.wait()
print("after waiting")
执行结果：
before waiting
done
after waiting
也可以在初始化的时候指定更多的参数
let item = DispatchWorkItem(qos: .default, flags: .barrier) {
// do task
}
第一个参数同样说优先级，第二个参数指定flag
public struct DispatchWorkItemFlags : OptionSet, RawRepresentable {
public let rawValue: UInt
public init(rawValue: UInt)
public static let barrier: DispatchWorkItemFlags
public static let detached: DispatchWorkItemFlags
public static let assignCurrentContext: DispatchWorkItemFlags
public static let noQoS: DispatchWorkItemFlags
public static let inheritQoS: DispatchWorkItemFlags
public static let enforceQoS: DispatchWorkItemFlags
}
barrier
假如我们有一个并发的列队用来读写一个数据对象，如果这个列队的操作是读，那么可以同时多个进行。如果有写的操作，则必须保证在执行写操作时，不会有读取的操作执行，必须等待写操作完成之后再开始读取操作，否则会造成读取的数据出错，经典的读写问题。这里我们就可以使用barrier：
let item = DispatchWorkItem(qos: .default, flags: .barrier) {
// write data
}
let dataQueue = DispatchQueue(label: "com.data.queue", attributes: .concurrent)
dataQueue.async(execute: item)
字典的读写操作
private let concurrentQueue = DispatchQueue(label: "concurrentQueue", attributes: .concurrent)
private var dictionary: [String: Any] = [:]
public func set(_ value: Any?, forKey key: String) {
// .barrier flag ensures that within the queue all reading is done
// before the below writing is performed and
// pending readings start after below writing is performed
concurrentQueue.async(flags: .barrier) {
self.dictionary[key] = value
}
}
public func object(forKey key: String) -> Any? {
var result: Any?
concurrentQueue.sync {
result = dictionary[key]
}
// returns after concurrentQueue is finished operation
// beacuse concurrentQueue is run synchronously
return result
}
通过在并发代码中使用barrier将能够保证写操作在所有读取操作完成之后进行，而且确保写操作执行完成之后再开始后续的读取操作。具体的详情看这里
延时处理
使用asyncAfter来提交任务进行延迟。之前是使用dispatch_time,现在是使用DispatchTime对象表示。可以使用静态方法now获得当前时间，然后再通过加上DispatchTimeInterval枚举获得一个需要延迟的时间。注意：仅仅是用于在具体时间执行任务，不要在资源竞争的情况下使用。并且在主列队使用。
let delay = DispatchTime.now() + DispatchTimeInterval.seconds(10)
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: delay) {
// 延迟执行
}
我们可以进一步简化，直接添加时间
let delay = DispatchTime.now() + 10
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: delay) {
// 延迟执行
}
因为在DispatchTime中自定义了“+”号。
public func +(time: DispatchTime, seconds: Double) -> DispatchTime
更多有关延时操作看这里
DispatchGroup
DispatchGroup用于管理一组任务的执行，然后监听任务的完成，进而执行后续操作。比如：同一个页面发送多个网络请求，等待所有结果请求成功刷新UI界面。一般的操作如下：
let queue = DispatchQueue.global()
let group = DispatchGroup()
queue.async(group: group) {
print("Task one finished")
}
queue.async(group: group) {
print("Task two finished")
}
queue.async(group: group) {
print("Task three finished")
}
group.notify(queue: queue) {
print("All task has finished")
}
打印如下：
Task three finished
Task two finished
Task one finished
All task has finished
由于是并发执行异步任务，所以任务的先后次序是不一定的，看起来符合我们的需求，最后接受通知然后可以刷新UI操作。但是真实的网络请求是异步、耗时的，并不是立马就返回，所以我们使用asyncAfter模拟延时看看，将任务1延时一秒执行：
let queue = DispatchQueue.global()
let group = DispatchGroup()
queue.async(group: group) {
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 1, execute: {
print("Task one finished")
})
}
queue.async(group: group) {
print("Task two finished")
}
queue.async(group: group) {
print("Task three finished")
}
group.notify(queue: queue) {
print("All task has finished")
}
结果却不是我们预期的那样，输出结果如下：
Task two finished
Task three finished
All task has finished
Task one finished
所以，为了真正实现预期的效果，我们需要配合group的enter和leave两个函数。每次执行group.enter()表示一个任务被加入到列队组group中，此时group中的任务的引用计数会加1，当使用group.leave() ，表示group中的一个任务完成，group中任务的引用计数减1.当group列队组里面的任务引用计数为0时，会通知notify函数，任务执行完成。注意：enter()和leave()成对出现的。
let queue = DispatchQueue.global()
let group = DispatchGroup()
group.enter()
queue.async(group: group) {
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 1, execute: {
print("Task one finished")
group.leave()
})
}
group.enter()
queue.async(group: group) {
print("Task two finished")
group.leave()
}
group.enter()
queue.async(group: group) {
print("Task three finished")
group.leave()
}
group.notify(queue: queue) {
print("All task has finished")
}
这下OK了，输出跟预期一样。当然这里也可以使用信号量实现，后面会介绍。
Task three finished
Task two finished
Task one finished
All task has finished
信号量
对于信号量的具体内容，可以看我之前写的一篇博文。使用起来很简单，创建信号量对象，调用signal方法发送信号，信号加1，调用wait方法等待，信号减1.现在也适用信号量实现刚刚的多个请求功能。
let queue = DispatchQueue.global()
let group = DispatchGroup()
let semaphore = DispatchSemaphore(value: 0)
queue.async(group: group) {
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 1, execute: {
semaphore.signal()
print("Task one finished")
})
semaphore.wait()
}
queue.async(group: group) {
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 0.8, execute: {
semaphore.signal()
print("Task two finished")
})
semaphore.wait()
}
queue.async(group: group) {
print("Task three finished")
}
group.notify(queue: queue) {
print("All task has finished")
}
Suspend / Resume
Suspend可以挂起一个线程，即暂停线程，但是仍然暂用资源，只是不执行
Resume回复线程，即继续执行挂起的线程。
循环执行任务
之前使用GCD的dispatch_apply()执行多次任务，现在是调用concurrentPerform(),下面是并发执行5次
DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: 5) {
print("\($0)")
}
DispatchSource
DispatchSource提高了相关的API来监控低级别的系统对象，比如：Mach ports, Unix descriptors, Unix signals, VFS nodes。并且能够异步提交事件到派发列队执行。
简单定时器
// 定时时间
var timeCount = 60
// 创建时间源
let timer = DispatchSource.makeTimerSource(queue: DispatchQueue.global())
timer.schedule(deadline: .now(), repeating: .seconds(1))
timer.setEventHandler {
timeCount -= 1
if timeCount <= 0 { timer.cancel() }
DispatchQueue.main.async {
// update UI or other task
}
}
// 启动时间源
timer.resume()
对于比使用Timer的好处可以看这里
应用场景
多个任务依次执行
最容易想到的就是创建一个串行列队，然后添加任务到列队执行。
let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.my.queue")
serialQueue.async {
print("task one")
}
serialQueue.async {
print("task two")
}
serialQueue.async {
print("task three")
}
其次就是使用前面讲到的DispatchGroup。
取消DispatchWorkItem的任务
直接取消任务
let queue = DispatchQueue(label: "queue", attributes: .concurrent)
let workItem = DispatchWorkItem {
print("done")
}
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + .seconds(1)) {
queue.async(execute: workItem) // not work
}
workItem.cancel()
直接调用取消，异步任务不会执行。
执行的过程中取消任务
func cancelWork() {
let queue = DispatchQueue.global()
var item: DispatchWorkItem!
// create work item
item = DispatchWorkItem { [weak self] in
for i in 0 ... 10_000_000 {
if item.isCancelled { break }
print(i)
self?.heavyWork()
}
item = nil // resolve strong reference cycle
}
// start it
queue.async(execute: item)
// after five seconds, stop it if it hasn't already
queue.asyncAfter(deadline: .now() + 5) { [weak item] in
item?.cancel()
}
}
注意事项
线程死锁
不要在主列队中执行同步任务，这样会造成死锁问题。
特性
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）
用法
异步执行回主线程写法
DispatchQueue.global().async {
print("async do something\(Thread.current)")
DispatchQueue.main.async {
print("come back to main thread\(Thread.current)")
}
}
QoS
之前接触过Quality of Service还是在VoIP，通过QoS来标注每个通信的priority，所以这边其实是把
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGHT
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW
DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND
转换成了
User Interactive 和用户交互相关，比如动画等等优先级最高。比如用户连续拖拽的计算
User Initiated 需要立刻的结果，比如push一个ViewController之前的数据计算
Utility 可以执行很长时间，再通知用户结果。比如下载一个文件，给用户下载进度
Background 用户不可见，比如在后台存储大量数据
在GCD中，指定QoS有以下两种方式
方式一，创建一个指定QoS的queue
let queue = DispatchQueue(label: "labelname", qos: .default, attributes: .concurrent, autoreleaseFrequency: .inherit)
方式二，在提交block的时候，指定QoS
queue.async(group: nil, qos: .background, flags: .inheritQoS) {
<#code#>
}
flags的参数有
public static let barrier: DispatchWorkItemFlags
public static let detached: DispatchWorkItemFlags
public static let assignCurrentContext: DispatchWorkItemFlags
public static let noQoS: DispatchWorkItemFlags
public static let inheritQoS: DispatchWorkItemFlags
public static let enforceQoS: DispatchWorkItemFlags
其中关于QoS的关系，可以通过flags参数设置。
DispatchWorkItem
let dispatchWorkItem = DispatchWorkItem(qos: .default, flags: .barrier) {
<#code#>
}
after
let deadline = DispatchTime.now() + 5.0
DispatchQueue.global().asyncAfter(deadline: deadline) {
<#code#>
}
DispatchGroup
DispatchGroup用来管理一组任务的执行，然后监听任务都完成的事件。比如，多个网络请求同时发出去，等网络请求都完成后reload UI。
let group = DispatchGroup()
group.enter()
self.sendHTTPRequest1(params:[String: Any]) {
print("request complete")
group.leave()
}
group.enter()
self.sendHTTPRequest1(params:[String: Any]) {
print("request complete")
group.leave()
}
group.notify(queue: DispatchQueue.main) {
print("all requests come back")
}
Semaphore
Semaphore是保证线程安全的一种方式，而且继OSSpinLock不再安全后，Semaphore似乎成为了最快的加锁的方式。
如图
1513585102364922.png
let semaphore = DispatchSemaphore(value: 2)
let queue = DispatchQueue.global()
queue.async {
semaphore.wait()
self.sendHTTPRequest1(params:[String: Any]) {
print("request complete")
semaphore.signal()
}
}
queue.async {
semaphore.wait()
self.sendHTTPRequest2(params:[String: Any]) {
print("request complete")
semaphore.signal()
}
}
queue.async {
semaphore.wait()
self.sendHTTPRequest3(params:[String: Any]) {
print("request complete")
semaphore.signal()
}
}
Barrier
GCD里的Barrier和NSOperationQueue的dependency比较接近，C任务开始之前需要A任务完成，或者A和B任务完成。
let queue = DispatchQueue(label: "foo", attributes: .concurrent)
queue.async {
self.sendHTTPRequest1(params:[String: Any]) {
print("A")
}
}
queue.async {
self.sendHTTPRequest2(params:[String: Any]) {
print("B")
}
}
queue.async(flags: .barrier) {
self.sendHTTPRequest3(params:[String: Any]) {
print("C")
}
}
作者：SealShile
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來源：简书
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