什麼是GCD

Grand Central Dispatch (GCD)是Apple開發的一個多核程式設計的解決方法。該方法在Mac OS X 10.6雪豹中首次推出，並隨後被引入到了iOS4.0中。GCD是一個替代諸如NSThread, NSOperationQueue, NSInvocationOperation等技術的很高效和強大的技術。

GCD和block的配合使用，可以方便地進行多執行緒程式設計。

應用舉例

讓我們來看一個程式設計場景。我們要在iPhone上做一個下載網頁的功能，該功能非常簡單，就是在iPhone上放置一個按鈕，點選該按鈕時，顯示一個轉動的圓圈，表示正在進行下載，下載完成之後，將內容載入到介面上的一個文字控制元件中。

不用GCD前

雖然功能簡單，但是我們必須把下載過程放到後臺執行緒中，否則會阻塞UI執行緒顯示。所以，如果不用GCD, 我們需要寫如下3個方法：

• someClick 方法是點選按鈕後的程式碼，可以看到我們用NSInvocationOperation建了一個後臺執行緒，並且放到NSOperationQueue中。後臺執行緒執行download方法。
• download 方法處理下載網頁的邏輯。下載完成後用performSelectorOnMainThread執行download_completed 方法。
• download_completed 進行clear up的工作，並把下載的內容顯示到文字控制元件中。

這3個方法的程式碼如下。可以看到，雖然 開始下載 –> 下載中 –> 下載完成 這3個步驟是整個功能的三步。但是它們卻被切分成了3塊。他們之間因為是3個方法，所以還需要傳遞資料引數。如果是複雜的應用，資料引數很可能就不象本例子中的NSString那麼簡單了，另外，下載可能放到Model的類中來做，而介面的控制放到View Controller層來做，這使得本來就分開的程式碼變得更加散落。程式碼的可讀性大大降低。

static NSOperationQueue * queue;

- (IBAction)someClick:(id)sender {
    self.indicator.hidden = NO;
    [self.indicator startAnimating];
    queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    NSInvocationOperation * op = [[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(download) object:nil] autorelease];
    [queue addOperation:op];
}

- (void)download {
    NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
    NSError * error;
    NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
    if (data != nil) {
        [self performSelectorOnMainThread:@selector(download_completed:) withObject:data waitUntilDone:NO];
    } else {
        NSLog(@"error when download:%@", error);
        [queue release];
    }
}

- (void) download_completed:(NSString *) data {
    NSLog(@"call back");
    [self.indicator stopAnimating];
    self.indicator.hidden = YES;
    self.content.text = data;
    [queue release];
}
 

使用GCD後

如果使用GCD，以上3個方法都可以放到一起，如下所示：

// 原始碼塊一
self.indicator.hidden = NO;
[self.indicator startAnimating];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 原始碼塊二
    NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"http://www.youdao.com"];
    NSError * error;
    NSString * data = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
    if (data != nil) {
        // 原始碼塊三
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            [self.indicator stopAnimating];
            self.indicator.hidden = YES;
            self.content.text = data;
        });
    } else {
        NSLog(@"error when download:%@", error);
    }
});

首先我們可以看到，程式碼變短了。因為少了原來3個方法的定義，也少了相互之間需要傳遞的變數的封裝。

另外，程式碼變清楚了，雖然是非同步的程式碼，但是它們被GCD合理的整合在一起，邏輯非常清晰。如果應用上MVC模式，我們也可以將View Controller層的回撥函式用GCD的方式傳遞給Modal層，這相比以前用@selector的方式，程式碼的邏輯關係會更加清楚。

block的定義

block的定義有點象函式指標，差別是用 ^ 替代了函式指標的 * 號，如下所示：

// 申明變數
 (void) (^loggerBlock)(void);
 // 定義

 loggerBlock = ^{
      NSLog(@"Hello world");
 };
 // 呼叫
 loggerBlock();

但是大多數時候，我們通常使用內聯的方式來定義block，即將它的程式塊寫在呼叫的函式裡面，例如這樣：

 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      // something
 });

從上面大家可以看出，block有如下特點：

1. 程式塊可以在程式碼中以內聯的方式來定義。
2. 程式塊可以訪問在建立它的範圍內的可用的變數。

系統提供的dispatch方法

為了方便地使用GCD，蘋果提供了一些方法方便我們將block放在主執行緒 或 後臺執行緒執行，或者延後執行。使用的例子如下：

 //  後臺執行：
 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      // something
 });
 // 主執行緒執行：
 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
      // something
 });
 // 一次性執行：
 static dispatch_once_t onceToken;
 dispatch_once(&onceToken, ^{
     // code to be executed once
 });
 // 延遲2秒執行：
 double delayInSeconds = 2.0;
 dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayInSeconds * NSEC_PER_SEC);
 dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){
     // code to be executed on the main queue after delay
 });

dispatch_queue_t 也可以自己定義，如要要自定義queue，可以用dispatch_queue_create方法，示例如下：

dispatch_queue_t urls_queue = dispatch_queue_create("blog.devtang.com", NULL);
dispatch_async(urls_queue, ^{
     // your code
});
dispatch_release(urls_queue);

另外，GCD還有一些高階用法，例如讓後臺2個執行緒並行執行，然後等2個執行緒都結束後，再彙總執行結果。這個可以用dispatch_group, dispatch_group_async 和 dispatch_group_notify來實現，示例如下：

 dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 並行執行的執行緒一
 });
 dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 並行執行的執行緒二
 });
 dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{
      // 彙總結果
 });

修改block之外的變數

預設情況下，在程式塊中訪問的外部變數是複製過去的，即寫操作不對原變數生效。但是你可以加上 __block來讓其寫操作生效，示例程式碼如下：

 __block int a = 0;
 void  (^foo)(void) = ^{
      a = 1;
 }
 foo();
 // 這裡，a的值被修改為1

後臺執行

使用block的另一個用處是可以讓程式在後臺較長久的執行。在以前，當app被按home鍵退出後，app僅有最多5秒鐘的時候做一些儲存或清理資源的工作。但是應用可以呼叫UIApplication的beginBackgroundTaskWithExpirationHandler方法，讓app最多有10分鐘的時間在後臺長久執行。這個時間可以用來做清理本地快取，傳送統計資料等工作。

讓程式在後臺長久執行的示例程式碼如下：

// AppDelegate.h檔案
@property (assign, nonatomic) UIBackgroundTaskIdentifier backgroundUpdateTask;

// AppDelegate.m檔案
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application
{
    [self beingBackgroundUpdateTask];
    // 在這裡加上你需要長久執行的程式碼
    [self endBackgroundUpdateTask];
}

- (void)beingBackgroundUpdateTask
{
    self.backgroundUpdateTask = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{
        [self endBackgroundUpdateTask];
    }];
}

- (void)endBackgroundUpdateTask
{
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundUpdateTask];
    self.backgroundUpdateTask = UIBackgroundTaskInvalid;
}

總結

總體來說，GCD能夠極大地方便開發者進行多執行緒程式設計。大家應該儘量使用GCD來處理後臺執行緒和UI執行緒的互動。