深入理解GrandCentralDispatch与后台处理

### 深入理解 Grand Central Dispatch 与后台处理 #### 1. 主线程与工作单元 在 iOS 应用中，默认情况下，所有操作都在主线程中进行，比如处理用户事件触发的操作。对于简单应用来说，这无需过多担忧，因为用户触发的操作方法本身就在主线程中运行。 不过，编写无错误的多线程代码对于普通程序员而言几乎是不可能的。在多线程间同步数据和操作时，代码中需要处理的复杂交互超出了大多数人的能力范围。 幸运的是，我们可以借助软件抽象来实现并发，而无需过多地直接操作线程。苹果推荐的解决方案是将长时间运行的任务拆分为工作单元，并将这些单元放入队列中执行。系统会为我们管理队列，在多个线程上执行工作单元，我们无需直接启动和管理后台线程，系统会处理大部分多线程应用实现中涉及的记录工作。 #### 2. GCD：低级别队列 将工作单元放入可在后台执行的队列，由系统管理线程，这个概念非常强大，大大简化了许多需要并发的开发场景。GCD 几年前首次在 OS X 上推出，为实现这一功能提供了基础设施，随后也应用到了 iOS 平台。它不仅适用于 Objective-C，还适用于 C 和 C++。 GCD 将工作单元、轻松的后台处理和自动线程管理等优秀概念融入到一个 C 接口中，所有基于 C 的语言都可以使用。此外，苹果已将 GCD 的实现开源，因此它也可以移植到其他类 Unix 操作系统。 GCD 的一个关键概念是队列。系统提供了一些预定义的队列，包括一个保证始终在主线程上工作的队列，这对于非线程安全的 UIKit 非常合适。我们也可以根据需要创建自己的队列。GCD 队列严格遵循先进先出（FIFO）原则，添加到 GCD 队列的工作单元将按照它们在队列中的顺序开始执行，但不一定按相同顺序完成，因为 GCD 队列会在可能的情况下自动将工作分配到多个线程上。 GCD 可以访问一个线程池，这些线程在应用程序的生命周期内会被重复使用，并且它会尝试维护适合机器架构的线程数量。当有工作要做时，它会自动利用更强大的机器，使用更多的处理器核心。 #### 3. 块（Blocks）的使用 苹果为 C 语言（以及 Objective-C 和 C++）添加了新的语法，实现了一种名为块（也称为闭包或 lambda）的语言特性，这对于充分利用 GCD 非常重要。块的概念是让一段特定的代码可以像其他 C 语言类型一样处理。块可以赋值给变量、作为参数传递给函数或方法，并且可以执行。 块可以像方法或函数一样接受一个或多个参数并指定返回值。声明块变量时，使用脱字符（^）符号以及一些额外的括号来声明参数和返回类型。定义块本身时，大致相同，但后面要跟上用花括号包裹的实际代码。 以下是一个简单的块示例： ```objc // Declare a block variable "loggerBlock" with no parameters // and no return value. void (^loggerBlock)(void); // Assign a block to the variable declared above. A block without parameters // and with no return value, like this one, needs no "decorations" like the use // of void in the preceding variable declaration. loggerBlock = ^{ NSLog(@"I’m just glad they didn’t call it a lambda"); }; // Execute the block, just like calling a function. loggerBlock(); // this produces some output in the console ``` 块与 C 语言中的函数指针概念类似，但有一些关键区别。最大的区别之一是块可以在代码中内联定义，并且可以访问其创建范围内的所有变量。默认情况下，块会“捕获”它访问的任何变量，将值复制到一个同名的新变量中，保持原始变量不变。对于 Objective-C 对象，会自动发送 retain 消息，执行完后发送 release 消息；对于标量值（如 int 和 float），则只是简单复制。 如果希望块能够修改外部变量，可以在变量声明前加上 __block 存储限定符；如果希望传递具有弱引用语义的对象指针，可以在前面加上 __weak。 以下是一个使用 __block 的示例： ```objc // define a variable that can be changed by a block __block int a = 0; // define a block that tries to modify a variable in its scope void (^sillyBlock)(void) = ^{ a = 47; }; // check the value of our variable before calling the block NSLog(@"a == %d", a); // outputs "a == 0" // execute the block sillyBlock(); // check the values of our variable again, after calling the block NSLog(@"a == %d", a); // outputs "a == 47" ``` 块与 GCD 结合使用时效果最佳，我们可以将一个块一步添加到队列中。当直接定义块并添加到队列时，我们可以直接在使用的上下文中看到相关代码。 #### 4. 优化 SlowWorker 的 doWork 方法 为了说明块的工作原理，我们来看一下 SlowWorker 的 doWork: 方法。原始的 doWork: 方法如下： ```objc - (IBAction)doWork:(id)sender { NSDate *startTime = [NSDate date]; NSString *fetchedData = [self fetchSomethingFromServer]; NSString *processedData = [self processData:fetchedData]; NSString *firstResult = [self calculateFirstResult:processedData]; NSString *secondResult = [self calculateSecondResult:processedData]; NSString *resultsSummary = [NSString stringWithFormat: @"First: [%@]\nSecond: [%@]", firstResult, secondResult]; self.resultsTextView.text = resultsSummary; NSDate *endTime = [NSDate date]; NSLog(@"Completed in %f seconds", [endTime timeIntervalSinceDate:startTime]); } ``` 我们可以通过将所有代码包装在一个块中，并将其传递给 GCD 的 dispatch_async 函数，使该方法完全在后台运行。dispatch_async 函数接受两个参数：一个 GCD 队列和一个要分配给该队列的块。 修改后的 doWork: 方法如下： ```objc - (IBAction)doWork:(id)sender { NSDate *startTime = [NSDate date]; dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); dispatch_async(queue, ^{ NSString *fetchedData = [self fetchSomethingFromServer]; NSString *processedData = [self processData:fetchedData]; NSString *firstResult = [self calculateFirstResult:processedData]; NSString *secondResult = [self calculateSecondResult:processedData]; NSString *resultsSummary = [NSString stringWithFormat: @"First: [%@]\nSecond: [%@]", firstResult, secondResult]; self.resultsTextView.text = resultsSummary; NSDate *endTime = [NSDate date]; NSLog(@"Completed in %f seconds", [endTime timeIntervalSinceDate:startTime]); }); } ``` 这里，我们使用 dispa