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GCD同步与异步,串行与并行深入讲解

GCD同步与异步,串行与并行深入讲解

串行与并行

在使用GCD的时候,我们会把需要处理的任务放到Block中,然后将任务追加到相应的队列里面,这个队列,叫做Dispatch Queue。然而,存在于两种Dispatch Queue,一种是要等待上一个执行完,再执行下一个的Serial Dispatch Queue,这叫做串行队列;另一种,则是不需要上一个执行完,就能执行下一个的Concurrent Dispatch Queue,叫做并行队列。这两种,均遵循FIFO原则。

举一个简单的例子,在三个任务中输出1、2、3,串行队列输出是有序的1、2、3,但是并行队列的先后顺序就不一定了。

那么,并行队列又是怎么在执行呢?

虽然可以同时多个任务的处理,但是并行队列的处理量,还是要根据当前系统状态来。如果当前系统状态最多处理2个任务,那么1、2会排在前面,3什么时候操作,就看1或者2谁先完成,然后3接在后面。

串行和并行就简单说到这里,关于它们的技术点其实还有很多,可以自行了解。

同步与异步

串行与并行针对的是队列,而同步与异步,针对的则是线程。最大的区别在于,同步线程要阻塞当前线程,必须要等待同步线程中的任务执行完,返回以后,才能继续执行下一任务;而异步线程则是不用等待。

仅凭这几句话还是很难理解,所以之后准备了很多案例,可以边分析边理解。

GCD API

GCD API很多,这里仅介绍本文用到的。

1. 系统标准提供的两个队列

  1. // 全局队列,也是一个并行队列
  2. dispatch_get_global_queue
  3. // 主队列,在主线程中运行,因为主线程只有一个,所以这是一个串行队列
  4. dispatch_get_main_queue

2. 除此之外,还可以自己生成队列

  1. // 从DISPATCH_QUEUE_SERIAL看出,这是串行队列
  2. dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
  3. // 同理,这是一个并行队列
  4. dispatch_queue_create("com.demo.concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

接下来是同步与异步线程的创建:

  1. dispatch_sync(..., ^(block)) // 同步线程
  2. dispatch_async(..., ^(block)) // 异步线程

案例与分析

假设你已经基本了解了上面提到的知识,接下来进入案例讲解阶段。

案例一:
  1. NSLog(@"1"); // 任务1
  2. dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
  3. NSLog(@"2"); // 任务2
  4. });
  5. NSLog(@"3"); // 任务3

结果,控制台输出:

1

分析:

  1. dispatch_sync表示是一个同步线程;
  2. dispatch_get_main_queue表示运行在主线程中的主队列;
  3. 任务2是同步线程的任务。

首先执行任务1,这是肯定没问题的,只是接下来,程序遇到了同步线程,那么它会进入等待,等待任务2执行完,然后执行任务3。但这是队列,有任务来,当然会将任务加到队尾,然后遵循FIFO原则执行任务。那么,现在任务2就会被加到最后,任务3排在了任务2前面,问题来了:

任务3要等任务2执行完才能执行,任务2由排在任务3后面,意味着任务2要在任务3执行完才能执行,所以他们进入了互相等待的局面。【既然这样,那干脆就卡在这里吧】这就是死锁。

gcd-deadlock-1

案例二:
  1. NSLog(@"1"); // 任务1
  2. dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{
  3. NSLog(@"2"); // 任务2
  4. });
  5. NSLog(@"3"); // 任务3

结果,控制台输出:

  1. 1
  2. 2
  3. 3

分析:

首先执行任务1,接下来会遇到一个同步线程,程序会进入等待。等待任务2执行完成以后,才能继续执行任务3。从dispatch_get_global_queue可以看出,任务2被加入到了全局的并行队列中,当并行队列执行完任务2以后,返回到主队列,继续执行任务3。

gcd-deadlock-2

案例三:
  1. dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
  2. NSLog(@"1"); // 任务1
  3. dispatch_async(queue, ^{
  4. NSLog(@"2"); // 任务2
  5. dispatch_sync(queue, ^{
  6. NSLog(@"3"); // 任务3
  7. });
  8. NSLog(@"4"); // 任务4
  9. });
  10. NSLog(@"5"); // 任务5

结果,控制台输出:

  1. 1
  2. 5
  3. 2
  4. // 5和2的顺序不一定

分析:

这个案例没有使用系统提供的串行或并行队列,而是自己通过dispatch_queue_create函数创建了一个DISPATCH_QUEUE_SERIAL的串行队列。

  1.  执行任务1;
  2. 遇到异步线程,将【任务2、同步线程、任务4】加入串行队列中。因为是异步线程,所以在主线程中的任务5不必等待异步线程中的所有任务完成;
  3. 因为任务5不必等待,所以2和5的输出顺序不能确定;
  4. 任务2执行完以后,遇到同步线程,这时,将任务3加入串行队列;
  5. 又因为任务4比任务3早加入串行队列,所以,任务3要等待任务4完成以后,才能执行。但是任务3所在的同步线程会阻塞,所以任务4必须等任务3执行完以后再执行。这就又陷入了无限的等待中,造成死锁。

(已修改)下图中【同步队列】应该是【串行队列】,笔误,感谢。
gcd-deadlock-6

案例四:
  1. NSLog(@"1"); // 任务1
  2. dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
  3. NSLog(@"2"); // 任务2
  4. dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
  5. NSLog(@"3"); // 任务3
  6. });
  7. NSLog(@"4"); // 任务4
  8. });
  9. NSLog(@"5"); // 任务5

结果,控制台输出:

  1. 1
  2. 2
  3. 5
  4. 3
  5. 4
  6. // 5和2的顺序不一定

分析:

首先,将【任务1、异步线程、任务5】加入Main Queue中,异步线程中的任务是:【任务2、同步线程、任务4】。

所以,先执行任务1,然后将异步线程中的任务加入到Global Queue中,因为异步线程,所以任务5不用等待,结果就是2和5的输出顺序不一定。

然后再看异步线程中的任务执行顺序。任务2执行完以后,遇到同步线程。将同步线程中的任务加入到Main Queue中,这时加入的任务3在任务5的后面。

当任务3执行完以后,没有了阻塞,程序继续执行任务4。

从以上的分析来看,得到的几个结果:1最先执行;2和5顺序不一定;4一定在3后面。

gcd-deadlock-4

案例五:
  1. dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
  2. NSLog(@"1"); // 任务1
  3. dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
  4. NSLog(@"2"); // 任务2
  5. });
  6. NSLog(@"3"); // 任务3
  7. });
  8. NSLog(@"4"); // 任务4
  9. while (1) {
  10. }
  11. NSLog(@"5"); // 任务5
结果,控制台输出:
  1. 1
  2. 4
  3. // 1和4的顺序不一定

分析:

和上面几个案例的分析类似,先来看看都有哪些任务加入了Main Queue:【异步线程、任务4、死循环、任务5】。

在加入到Global Queue异步线程中的任务有:【任务1、同步线程、任务3】。

第一个就是异步线程,任务4不用等待,所以结果任务1和任务4顺序不一定。

任务4完成后,程序进入死循环,Main Queue阻塞。但是加入到Global Queue的异步线程不受影响,继续执行任务1后面的同步线程。

同步线程中,将任务2加入到了主线程,并且,任务3等待任务2完成以后才能执行。这时的主线程,已经被死循环阻塞了。所以任务2无法执行,当然任务3也无法执行,在死循环后的任务5也不会执行。

最终,只能得到1和4顺序不定的结果。

gcd-deadlock-5

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