iOS 多线程 GCD 函数的底层原理

2023-09-09 17:35:01

GCD：揭秘苹果多线程编程的幕后机制

什么是 GCD？

在现代计算的世界中，多线程编程变得越来越重要。GCD（Grand Central Dispatch）是 Apple 为其操作系统（macOS、iOS、tvOS 和 watchOS）提供的一套出色的 C 语言库，旨在简化多线程编程。本文将深入探讨 GCD 的底层实现，从队列和调度器到锁和屏障，帮助您更深入地理解其工作原理。

队列：任务的容器

GCD 中最基本的构建块是队列，它是任务执行的容器。GCD 提供了三种类型的队列：

串行队列： 顾名思义，一次只执行一个任务，任务按照先进先出的顺序执行。
并行队列： 与串行队列相反，可以同时执行多个任务，任务的执行顺序不确定。
主队列： 与应用程序的主线程关联，用于执行更新 UI 等与 UI 相关任务。

调度器：任务的管理者

调度器负责管理队列并决定哪些任务将在何时执行。GCD 使用一个称为全球并发队列的全局调度器，它负责管理所有队列和任务的调度。全球并发队列是一个并行队列，可以同时执行任意数量的任务。

锁和屏障：保护和同步

为了防止数据竞争和确保线程安全，GCD 提供了锁和屏障机制：

锁：用于保护对共享资源的访问。当一个线程获取锁时，其他线程将被阻止访问该资源，直到锁被释放。
屏障： 用于确保在所有任务完成之前不执行后续任务。屏障会阻塞后续任务，直到屏障之前的任务都完成。

GCD 函数：简化多线程编程

GCD 提供了一系列函数来创建和管理队列、任务、锁和屏障。下面介绍一些最常用的函数：

dispatch_queue_create： 创建新的队列。
dispatch_async： 将任务异步提交到队列。
dispatch_sync： 将任务同步提交到队列。
dispatch_barrier_async： 将任务作为屏障异步提交到队列。
dispatch_semaphore_create： 创建信号量，用于限制对共享资源的并发访问。
dispatch_semaphore_wait： 获取信号量。
dispatch_semaphore_signal： 释放信号量。

代码示例：GCD 在行动

下面是一个使用 GCD 管理并发任务的代码示例：

// 创建一个并行队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// 异步提交任务到队列
dispatch_async(queue, ^{
    // 执行任务 1
});

// 同步提交任务到队列
dispatch_sync(queue, ^{
    // 执行任务 2
});

// 使用信号量保护共享资源
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);

// 获取信号量
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

// 访问共享资源

// 释放信号量
dispatch_semaphore_signal(semaphore);