為什么需要并發(fā)編程？GCD如何執(zhí)行并發(fā)/并行？

為什么需要并發(fā)

假設您在主線程上并且需要來自服務器的數據。您從服務器請求數據并等待，直到您從服務器獲得響應。在此期間，您的主線程不會執(zhí)行任何與 UI 相關的工作，這會使您的應用程序無響應。

假設服務器在此期間需要 10 秒才能給出響應，如果用戶點擊按鈕，系統(tǒng)將不會響應它，這對用戶來說非常糟糕。

如果你可以在同一時間（或大約在同一時間）運行的這兩個任務，一個線程專門處理用戶界面相關的工作，其他的線程處理耗時任務。這樣一來，上面的情況就不會發(fā)生了。

并發(fā)

并發(fā)意味值應用程序可以使用分割時間的方式同時處理多個任務。如果一臺計算機只有一個CPU，那么它無法在一個精確的時間點上同時運行多個任務，但是可以通過上下文切換的方式在一段時間（很短，比如1s）內執(zhí)行多個任務。

上下文切換是指存儲線程的狀態(tài)，并在將來恢復這個狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。這允許多個進程共享一個CPU資源，同時這也是多任務操作系統(tǒng)的基本功能。

并行

并行指多個任務同時發(fā)生，并沒有上下文切換。

對于我們討論的情況，如果并行地執(zhí)行網絡調用，那么將有兩個線程在兩個不同的內核上執(zhí)行主線程和后臺指令，與前一個相比，速度非?？?，但需要額外的物理要求-需要CPU有多核。

如下圖所示，在并行的情況下，兩條線程真的在同時執(zhí)行；而并發(fā)，在一個線程執(zhí)行時，另一個在休眠。

關于線程的小知識

在單核CPU上，如果你創(chuàng)建了10條線程，那么它只能使用并發(fā)/時間片分割/上下文切換的方式執(zhí)行它們

在10核CPU上，如果你創(chuàng)建了10條線程，那么它們可能以下面的方式執(zhí)行：

使用上下文切換的方式在1個核心上并發(fā)執(zhí)行

每個線程在獨立的核心上并行執(zhí)行

一部分并發(fā)執(zhí)行，另外一部分并行執(zhí)行

在單核CPU上，如果你創(chuàng)建了1000條線程，那么CPU只會忙著上下文切換，而不會執(zhí)行實質性的任務?？梢?，創(chuàng)建合理的線程數量也是一個不小的挑戰(zhàn)。

GCD 如何執(zhí)行并發(fā)/并行

GCD 在幕后管理共享線程池并在該池中添加最佳線程數。使用 GCD，您將代碼塊或工作項添加到隊列中，GCD 決定在哪個線程上執(zhí)行它們。GCD 根據系統(tǒng)物理條件或當前負載并發(fā)或并行執(zhí)行此任務。

注意：如果你給 GCD 分配兩個任務，你不確定它是并發(fā)還是并行運行。

從現(xiàn)在開始，我們將使用術語并發(fā)代表并發(fā)/并行。

使用GCD，開發(fā)者有什么責任

您所要做的就是定義要并發(fā)執(zhí)行的任務并將它們添加到適當的調度隊列中。GCD 負責創(chuàng)建所需的線程并安排您的任務在這些線程上運行，這非?？?/p>

調度隊列

調度隊列是一種基于 C 的組件，用于執(zhí)行自定義任務。調度隊列總是按照任務添加到隊列的順序出列和啟動任務。調度隊列是線程安全的，這意味著您可以同時從多個線程訪問它們。注意，隊列不是線程！

如果您想通過 GCD 執(zhí)行并發(fā)任務，請將它們添加到適當的調度隊列中。GCD 將基于隊列的配置，挑選并執(zhí)行任務。

串行隊列

串行調度隊列按照添加到隊列的順序一次執(zhí)行一項任務。假設您將五個任務添加到串行隊列， GCD 將從第一個任務開始，在它執(zhí)行完成之前，第二個任務將不會開始。

串行隊列通常用于同步對特定資源的訪問。假設您有兩個網絡調用都需要 10 秒，因此您決定將這兩個任務移到某些后臺線程上，而且它們都在訪問相同的資源，您想要進行一些同步，您可以將這些任務放在串行隊列中。

串行隊列串行執(zhí)行任務意味著一次只有一個線程在使用，但不能保證它們在同一線程上執(zhí)行。

您可以根據需要創(chuàng)建任意數量的串行隊列，并且每個隊列相對于所有其他隊列同時運行。換句話說，如果您創(chuàng)建四個串行隊列，則每個隊列一次僅執(zhí)行一項任務，但最多仍可以同時執(zhí)行四個任務，每個隊列一個。

如果您有兩個任務訪問相同的共享資源，但他們在不同的線程上運行，則任一線程都可以先修改資源，您需要使用鎖來確保兩個任務不會同時修改該資源。您可以將兩個任務添加到串行調度隊列，以確保在任何給定時間只有一個任務修改共享資源。這種基于隊列的同步比鎖更有效，因為在有競爭和無競爭的情況下，鎖總是需要一個昂貴的內核陷阱，而調度隊列主要在應用程序的進程空間中工作，并且只在絕對必要時調用內核。

并發(fā)隊列

并發(fā)隊列并發(fā)執(zhí)行一個或多個任務

如果您將四個單獨的任務添加到并發(fā)隊列，這些任務將按照它們添加到隊列的順序啟動。GCD 選擇第一個任務在一段時間內執(zhí)行它，然后在不等待第一個任務完成的情況下啟動第二個任務，依此類推。這是理想的地方，這不僅可以真正地做到后臺執(zhí)行，而且不關心這些任務是否也與其他任務同時運行

當前正在執(zhí)行的任務在由調度隊列管理的不同線程上運行。

在任何時間點，執(zhí)行的任務數量是可變的，這取決于系統(tǒng)條件。當您創(chuàng)建具有四個任務的并發(fā)隊列時，它會創(chuàng)建多少個線程？答案是不確定。GCD 將使用多少個線程來執(zhí)行這些任務，這取決于系統(tǒng)條件，它有可能可以使用一條或四條線程。

在 GCD 中，有兩種方法可以同時運行任務，創(chuàng)建自定義并發(fā)隊列或使用全局并發(fā)隊列。

自定義和全局并發(fā)隊列的區(qū)別

如下圖所示，我們創(chuàng)建了兩個全局并發(fā)隊列，您可以看到由于全局隊列是整個系統(tǒng)共享的并發(fā)隊列，因此它始終返回相同的隊列；而自定義并發(fā)隊列是私有的，每次創(chuàng)建時都會返回新隊列。

有四個不同優(yōu)先級的全局并發(fā)隊列，但在設置全局并發(fā)隊列時，不直接指定優(yōu)先級。

相反，您指定服務質量 (QoS)，其中包括用戶交互、用戶啟動、實用程序和后臺，其中用戶交互具有最高優(yōu)先級，而后臺具有最低優(yōu)先級。下面是QoS的使用建議。

.userInteractive 標志任務需要被立即執(zhí)行以便提供更出色的用戶體驗。通常用來做UI更新，事件處理等低延時的任務。該類型的任務不應過多。

.userInitiated 標志任務被用戶通過UI界面創(chuàng)建，但是可以被異步執(zhí)行。通常用在用戶一個操作后需要等待，結果返回后繼續(xù)之前的操作。

.default 默認值。用于一般性異步任務。

.utility 標志任務需要較長時間，通常會關聯(lián)一個進度。比如：I/O、網絡請求等。

.background 標志任務的執(zhí)行用戶不太會關心。比如：預加載數據。

與全局隊列相比，您可以使用自定義隊列執(zhí)行以下任務：

您可以指定一個對您有意義的標簽，以便在自定義隊列上進行調試

你可以暫停和重啟: queue.suspend() queue.resume()

提交柵欄任務: queue.async(flags: .barrier) { ... }

主隊列

主隊列是一個全局可用的串行隊列，它在應用程序的主線程上執(zhí)行任務

該隊列與應用程序的運行循環(huán)一起工作，以將排隊任務和運行循環(huán)的其他事件源任務交錯執(zhí)行。因為它在應用程序的主線程上運行，所以主隊列通常用作應用程序的關鍵同步點。

同步與異步

我們已經學習了如何在隊列上串行或并發(fā)地執(zhí)行任務。使用 GCD，您還可以同步或異步的調度隊列。

一般來說，同步函數(sync)在任務完成后將控制權返回給調用者。而異步函數(async)會在函數調用后，立即將將控制權返回給調用者，它不會等等任務完成。

如上圖，您在并發(fā)全局隊列上執(zhí)行耗時的任務，但主線程仍然很忙，因為您在主線程 main 上同步地在分派任務，它會一直等到任務執(zhí)行完成。

如上圖：我們異步的分派任務，它立即返回到主線程，主線程將首先打印，隊列上的列任務將并發(fā)執(zhí)行。

預防死鎖

在并發(fā)計算中，死鎖是一個組的每個成員都在等待另一個成員（包括它自己）采取行動的狀態(tài)

在上圖中，queue是一個串行隊列，通過async派發(fā)的任務A，通過sync派發(fā)了任務B。此時A會等待B完成后繼續(xù)向下，而B在A沒有完成之前是不會開始。這就造成了死鎖。

同樣，上圖的主隊列任務A(viewDidLoad方法)使用sync派發(fā)任務B，也會造成相互等待從而死鎖。

DispatchWorkItem

DispatchWorkItem是一項任務的包裝器，可以多次使用，也可以取消。

letqueue=DispatchQueue(label:"com.swiftpal.dispatch.workItem")

//Createaworkitem
letworkItem=DispatchWorkItem(){
print("StoredTask")
}

//Task1
queue.async(execute:workItem)

//Task2
queue.asyncAfter(deadline:DispatchTime.now()+1,execute:workItem)

//WorkItemCancel
workItem.cancel()

//Task3
queue.async(execute:workItem)

ifitem.isCancelled{
print("Taskwascancelled")
}

這里我們創(chuàng)建了一個串行隊列，又創(chuàng)建了一個DispatchWorkItem，它只包含一句代碼。

接下來，我們在取消任務之前派發(fā)了該任務兩次，之后再次派發(fā)該任務。但是對于輸出，我們只會看到一次Stored task。

審核編輯：劉清