iOS底层多线程GCD原理揭秘：dispatch_get_global_queue、同步/异步执行与单例

2023-12-09 02:10:59

在移动开发领域，高效利用多线程技术是提升应用性能的关键。对于iOS开发人员而言，GCD（Grand Central Dispatch）作为苹果官方提供的多线程解决方案，因其易用性和高性能而广泛使用。本篇文章将深入探究GCD的多线程底层原理，以dispatch_get_global_queue、同步/异步执行和单例为例，揭示其内部运作机制，为开发者提供更加深入的理解。

一、dispatch_get_global_queue：全局并发队列探秘

dispatch_get_global_queue函数用于获取系统提供的全局并发队列，它提供了多种优先级选项，允许开发者根据任务的优先级将其分配到不同的队列中。

底层实现中，全局并发队列是一个由多个内核线程组成的线程池，当任务提交到队列时，队列会从线程池中选择一个空闲线程来执行任务。由于线程池中的线程数量有限，因此可以有效控制并发任务的数量，防止系统因过多的并发任务而造成资源耗尽。

二、dispatch_sync vs dispatch_async：同步/异步执行的奥秘

dispatch_sync和dispatch_async是两个用于指定任务执行方式的函数。dispatch_sync表示同步执行，即当前线程会等待任务执行完毕后再继续执行，而dispatch_async表示异步执行，即任务被提交到队列后，当前线程立即返回，任务会在后台执行。

在底层实现中，同步任务会被直接加入当前线程的执行栈中，而异步任务会被添加到队列中，由队列调度线程负责执行。这种设计保证了同步任务的顺序执行，同时允许异步任务并发执行，有效提升了程序的响应速度。

三、单例模式：线程安全与资源优化

单例模式是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，该实例在整个程序的生命周期中都是可用的。在GCD中，可以通过使用dispatch_once函数实现单例模式。

dispatch_once函数通过一个标志位来判断是否已经创建了单例实例。如果标志位为假，则表示实例尚未创建，此时函数会执行代码块并创建实例；如果标志位为真，则表示实例已经存在，函数直接返回现有的实例。

这种实现方式保证了单例实例的线程安全，即使有多个线程同时访问该函数，也只会创建一个实例。同时，它还避免了不必要的资源浪费，当实例已经创建后，后续的访问只需要返回现有的实例即可。

四、示例代码：多线程GCD实战

为了更直观地理解GCD的原理，我们提供以下示例代码：

// 创建全局并发队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

// 异步执行任务
dispatch_async(queue, ^{
    // 异步任务代码
});

// 同步执行任务
dispatch_sync(queue, ^{
    // 同步任务代码
});

// 使用单例模式
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    // 单例初始化代码
});