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深入浅出 Cocoa 多线程编程之 block 与 dispatch queue

供应商管理库存 • 2022-5-25 • app • 阅读 51

深入浅出 Cocoa 多线程编程之 block 与 dispatch queue,第1张

概述block是 Apple在 GCC 4.2中扩充的新语法特性，其目的是支持多核并行编程。我们可以将 dispatch_queue与 block结合起来使用，方便进行多线程编程。 本文源代码下载：点击下载 1，实验工程准备 在 XCode 4.0中，我们建立一个 Mac OS X Application类型的 Command Line Tool，在 Type 里面我们选择 Foundation就好，

block是 Apple在 GCC 4.2中扩充的新语法特性，其目的是支持多核并行编程。我们可以将 dispatch_queue与 block结合起来使用，方便进行多线程编程。

本文源代码下载：点击下载

1，实验工程准备

在 XCode 4.0中，我们建立一个 Mac OS X Application类型的 Command line Tool，在 Type 里面我们选择 Foundation就好，工程名字暂且为 StudyBlocks.默认生成的工程代码 main.m内容如下：

int main (int argc, const char * argv[])
{
    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];

    // insert code here
    NSLog(@"Hello, World!");

    [pool drain];
    return 0;
}

 

2，如何编写 block

在自动生成的工程代码中，默认打印一条语句"Hello,World!"，这个任务可以不可以用 block 语法来实现呢？答案是肯定的，请看：

    voID (^aBlock)(voID) = ^(voID){ NSLog(@"Hello, World!"); };
    aBlock();

 

用上面的这两行语句替换 main.m中的 NSLog(@"Hello,World!");语句，编译运行，结果是一样的。

这两行语句是什么意思呢？首先，等号左边的 voID (^aBlock)(voID)表示声明了一个 block，这个 block不带参数(voID)且也无返回参数(voID)；等号右边的 ^(voID){ } 结构表示一个 block的实现体，至于这个 block具体要做的事情就都在 {}之间了。在这里我们仅仅是打印一条语句。整个语句就是声明一个 block，并对其赋值。第二个语句就是调用这个 block做实际的事情，就像我们调用函数一样。block很有点像 C++0X中的 Lambda表达式。

我们也可以这么写：

    voID (^aBlock)(voID) = 0;
    aBlock = ^(voID) {
        NSLog(@"Hello, World!");
    };

    aBlock();

 

现在我们知道了一个 block该如何编写了，那么 block数组呢？也很简单，请看：

    voID (^blocks[2])(voID) = {
        ^(voID){ NSLog(@" >> This is block 1!"); },
        ^(voID){ NSLog(@" >> This is block 2!"); }
    };
    
    blocks[0]();
    blocks[1]();

 

谨记！

block是分配在 stack上的，这意味着我们必须小心里处理 block的生命周期。

比如如下的做法是不对的，因为 stack分配的 block在 if或 else内是有效的，但是到大括号 }退出时就可能无效了：

   dispatch_block_t block;
  
   if (x) {
       block = ^{ printf("true\n"); };
   } else {
       block = ^{ printf("false\n"); };
   }
   block();

 

上面的代码就相当于下面这样的 unsafe代码：

   if (x) {
       struct Block __tmp_1 =  ; // setup details
       block = &__tmp_1;
   } else {
       struct Block __tmp_2 =  ; // setup details
       block = &__tmp_2;
   }

 

3，如何在 block中修改外部变量

考虑到 block的目的是为了支持并行编程，对于普通的 local变量，我们就不能在 block里面随意修改（原因很简单，block可以被多个线程并行运行，会有问题的），而且如果你在 block中修改普通的 local变量，编译器也会报错。那么该如何修改外部变量呢？有两种办法，第一种是可以修改 static全局变量；第二种是可以修改用新关键字 __block修饰的变量。请看：

    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];
    
    __block int blockLocal  = 100;
    static int staticLocal  = 100;
    
    voID (^aBlock)(voID) = ^(voID){ 
        NSLog(@" >> Sum: %d\n", global + staticLocal);
        
        globaL++;
        blockLocaL++;
        staticLocaL++;
    };
    
    aBlock();

    NSLog(@"After modifIEd, global: %d, block local: %d, static local: %d\n", global, blockLocal, staticLocal);

    [pool drain];


执行之后，值均为：101

相似的情况，我们也可以引用 static block或 __block block。比如我们可以用他们来实现 block递归：

    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];
    
    // 1
    voID (^aBlock)(int) = 0;
    static voID (^ const staticBlock)(int) = ^(int i) {
        if (i > 0) {
            NSLog(@" >> static %d", i);
            staticBlock(i - 1);
        }
    };
    
    aBlock = staticBlock;
    aBlock(5);
    
    // 2
    __block voID (^blockBlock)(int);
    blockBlock = ^(int i) {
        if (i > 0) {
            NSLog(@" >> block %d", i);
            blockBlock(i - 1);
        }
    };
    
    blockBlock(5);
    
    [pool drain];

 

4，上面我们介绍了 block及其基本用法，但还没有涉及并行编程。 block与 dispatch Queue分发队列结合起来使用，是 iOS中并行编程的利器。请看代码：

    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];
    
    initData();
    
    // create dispatch queue
    //
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("StudyBlocks", NulL);
    
    dispatch_async(queue, ^(voID) {
        int sum = 0;
        for(int i = 0; i < Length; i++)
            sum += data[i];
        
        NSLog(@" >> Sum: %d", sum);
        
        flag = YES;
    });
    
    // wait util work is done.
    //
    while (!flag);
    dispatch_release(queue);
    
    [pool drain];

 

上面的 block仅仅是将数组求和。首先，我们创建一个串行分发队列，然后将一个 block任务加入到其中并行运行，这样 block就会在新的线程中运行，直到结束返回主线程。在这里要注意 flag的使用。flag是 static的，所以我们可以 block中修改它。语句 while (!flag);的目的是保证主线程不会 blcok所在线程之前结束。

dispatch_queue_t的定义如下：

typedef voID (^dispatch_block_t)( voID);

这意味着加入 dispatch_queue中的 block必须是无参数也无返回值的。


dispatch_queue_create 的定义如下：

dispatch_queue_t dispatch_queue_create(const char *label,dispatch_queue_attr_t attr);

这个函数带有两个参数：一个用于标识 dispatch_queue的字符串；一个是保留的 dispatch_queue属性，将其设置为 NulL即可。


我们也可以使用

dispatch_queue_t dispatch_get_global_queue(long priority,unsigned long flags);

来获得全局的 dispatch_queue，参数 priority 表示优先级，值得注意的是：我们不能修改该函数返回的 dispatch_queue。

dispatch_async函数的定义如下：

voID dispatch_async(dispatch_queue_t queue,dispatch_block_t block);

它是将一个 block加入一个 dispatch_queue，这个 block会再其后得到调度时，并行运行。

相应的 dispatch_sync函数就是同步执行了，一般很少用到。比如上面的代码如果我们修改为 dispatch_sync，那么就无需编写 flag同步代码了。

 

5，dispatch_queue的运作机制及线程间同步

我们可以将许多 blocks用 dispatch_async函数提交到到 dispatch_queue串行运行。这些 blocks是按照 FIFO(先入先出)规则调度的，也就是说，先加入的先执行，后加入的一定后执行，但在某一个时刻，可能有多个 block 同时在执行。

在上面的例子中，我们的主线程一直在轮询 flag以便知晓 block线程是否执行完毕，这样做的效率是很低的，严重浪费 cpu资源。我们可以使用一些通信机制来解决这个问题，如：semaphore（信号量）。 semaphore 的原理很简单，就是生产-消费模式，必须生产一些资源才能消费，没有资源的时候，那我就啥也不干，直到资源就绪。

下面来看代码：

    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];
    
    initData();
    
    // Create a semaphore with 0 resource
    //
    __block dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);
    
    // create dispatch semaphore
    //
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("StudyBlocks", sum);
        
        // signal the semaphore: add 1 resource
        //
        dispatch_semaphore_signal(sem);
    });
    
    // wait for the semaphore: wait until resource is ready.
    //
    dispatch_semaphore_wait(sem, disPATCH_TIME_FOREVER);
    
    dispatch_release(sem);
    dispatch_release(queue);
    
    [pool drain];

 

首先我们创建一个 __block semaphore，并将其资源初始值设置为 0 (不能少于 0)，在这里表示任务还没有完成，没有资源可用主线程不要做事情。然后在 block 任务完成之后，使用 dispatch_semaphore_signal增加 semaphore计数（可理解为资源数），表明任务完成，有资源可用主线程可以做事情了。而主线程中的 dispatch_semaphore_wait就是减少 semaphore的计数，如果资源数少于 0，则表明资源还可不得，我得按照FIFO（先等先得）的规则等待资源就绪，一旦资源就绪并且得到调度了，我再执行。

6示例：

下面我们来看一个按照 FIFO顺序执行并用 semaphore同步的例子：先将数组求和再依次减去数组。

    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];
    
    initData();
    
    __block int sum = 0;

    // Create a semaphore with 0 resource
    //
    __block dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);
    __block dispatch_semaphore_t taskSem = dispatch_semaphore_create(0);
    
    // create dispatch semaphore
    //
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("StudyBlocks", NulL);
    
    dispatch_block_t task1 = ^(voID) {
        int s = 0;
        for (int i = 0; i < Length; i++)
            s += data[i];
        sum = s;
        
        NSLog(@" >> after add: %d", sum);

        dispatch_semaphore_signal(taskSem);
    };
    
    dispatch_block_t task2 = ^(voID) {
        dispatch_semaphore_wait(taskSem, disPATCH_TIME_FOREVER);
        
        int s = sum;
        for (int i = 0; i < Length; i++)
            s -= data[i];
        sum = s;

        NSLog(@" >> after subtract: %d", sum);
        dispatch_semaphore_signal(sem);
    };
    
    dispatch_async(queue, task1);
    dispatch_async(queue, task2);
    
    // wait for the semaphore: wait until resource is ready.
    //
    dispatch_semaphore_wait(sem, disPATCH_TIME_FOREVER);
    
    dispatch_release(taskSem);
    dispatch_release(sem);
    dispatch_release(queue);
    
    [pool drain];

 

在上面的代码中，我们利用了 dispatch_queue的 FIFO特性，确保 task1先于 task2执行，而 task2必须等待直到 task1执行完毕才开始干正事，主线程又必须等待 task2才能干正事。这样我们就可以保证先求和，再相减，然后再让主线程运行结束这个顺序。

7，使用 dispatch_apply进行并发迭代：

对于上面的求和 *** 作，我们也可以使用 dispatch_apply来简化代码的编写：

    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];
    
    initData();
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(disPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAulT, 0);
    
    __block int sum = 0;
    __block int *pArray = data;
    
    // iterations
    //
    dispatch_apply(Length, queue, ^(size_t i) {
        sum += pArray[i];
    });
    
    NSLog(@" >> sum: %d", sum);

    dispatch_release(queue);

    [pool drain];

 

注意这里使用了全局 dispatch_queue。

dispatch_apply的定义如下：

dispatch_apply(size_t iterations,dispatch_queue_t queue,voID (^block)(size_t));

参数 iterations表示迭代的次数，voID (^block)(size_t)是 block循环体。这么做与 for循环相比有什么好处呢？答案是：并行，这里的求和是并行的，并不是按照顺序依次执行求和的。

8,dispatch group

我们可以将完成一组相关任务的 block添加到一个 dispatch group中去，这样可以在 group中所有 block任务都完成之后，再做其他事情。比如 6中的示例也可以使用 dispatch group实现：

    NSautoreleasePool * pool = [[NSautoreleasePool alloc] init];
    
    initData();
    
    __block int sum = 0;
    
    // Create a semaphore with 0 resource
    //
    __block dispatch_semaphore_t taskSem = dispatch_semaphore_create(0);
    
    // create dispatch semaphore
    //
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("StudyBlocks", NulL);
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

    dispatch_block_t task1 = ^(voID) {
        int s = 0;
        for (int i = 0; i < Length; i++)
            s += data[i];
        sum = s;
        
        NSLog(@" >> after add: %d", sum);
        
        dispatch_semaphore_signal(taskSem);
    };
    
    dispatch_block_t task2 = ^(voID) {
        dispatch_semaphore_wait(taskSem, disPATCH_TIME_FOREVER);
        
        int s = sum;
        for (int i = 0; i < Length; i++)
            s -= data[i];
        sum = s;
        
        NSLog(@" >> after subtract: %d", sum);
    };
    
    // Fork
    dispatch_group_async(group, task1);
    dispatch_group_async(group, task2);
    
    // Join
    dispatch_group_wait(group, disPATCH_TIME_FOREVER);
    
    dispatch_release(taskSem);
    dispatch_release(queue);
    dispatch_release(group);
    
    [pool drain];

 

在上面的代码中，我们使用 dispatch_group_create创建一个 dispatch_group_t，然后使用语句：dispatch_group_async(group,queue,task1);将 block任务加入队列中，并与组关联，这样我们就可以使用 dispatch_group_wait(group,disPATCH_TIME_FOREVER);来等待组中所有的 block任务完成再继续执行。

至此我们了解了 dispatch queue以及 block并行编程相关基本知识，开始在项目中运用它们吧。

参考资料：

Concurrency Programming GuIDe：

http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/General/Conceptual/ConcurrencyProgrammingGuide/Introduction/Introduction.html

 


#ifdef SERIAL_XXX_QUEUE

        bool __block done = false;

        dispatch_async(xxxQueue,^{

            //Anything you want to do;

            done = true;

        });

        while (!done) {

            pthread_yIEld_np();

        }

#else

//Anything you want to do;

#endif

总结

以上是内存溢出为你收集整理的深入浅出 Cocoa 多线程编程之 block 与 dispatch queue全部内容，希望文章能够帮你解决深入浅出 Cocoa 多线程编程之 block 与 dispatch queue所遇到的程序开发问题。

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