Swift GCD（Grand Central Dispatch）探索
GCD知识点梳理
GCD（Grand Central Dispatch）是苹果推出的用于多核并行编程的技术.关于 GCD 编程一定要知道的知识点：
1、GCD 是什么：GCD 是一种异步执行任务的技术，能够帮助程序员更方便地实现多线程编程，提高程序的性能。
2、GCD 的优势：GCD 可以通过自动化任务的管理来避免开发者手动管理线程和队列，从而减少代码复杂度和错误率。
3、GCD 中的队列：GCD 中有两种队列，串行队列和并发队列。串行队列每次只能执行一个任务，而并发队列可以同时执行多个任务。
4、GCD 中的任务：GCD 中的任务可以是同步任务或异步任务。同步任务会阻塞当前线程，直到该任务完成为止，而异步任务会在后台执行，不会阻塞当前线程。
5、GCD 中的执行方法：GCD 提供了三种任务执行方法，分别是同步执行、异步执行和栅栏执行。同步执行是在当前线程中执行任务，异步执行是在后台线程中执行任务，而栅栏执行可以在任务执行前和执行后插入其他任务。
6、GCD 中的 Dispatch Group：Dispatch Group 可以将一组任务添加到一个组中，然后等待组中的所有任务执行完成后再执行其他操作。
7、GCD 中的 Dispatch Semaphore：Dispatch Semaphore 可以用来管理资源的访问，可以控制同时访问资源的线程数。
8、GCD 中的 Dispatch Source：Dispatch Source 可以用来监控各种系统事件，如文件系统变化、定时器事件等等。
GCD 中的队列
在GCD中，队列是用于管理任务的一种机制。队列可以分为两种类型：
- 串行队列
- 并发队列
不同类型的队列在任务执行的方式上有很大不同。
串行队列按照任务添加到队列中的顺序，一个一个地执行，每次只有一个任务在执行。也就是说，任务按照FIFO的顺序执行。在串行队列中，任务必须一个接一个地执行，因此这种队列适用于需要顺序执行任务的场景，比如在某个任务完成后执行另一个任务。
并发队列可以同时执行多个任务，但是任务的执行顺序并不一定按照添加到队列中的顺序，而是取决于系统资源的可用性和任务的优先级。在并发队列中，任务是并发执行的，所以适用于需要同时执行多个任务的场景，比如图片下载或者数据处理。
在GCD中，队列还分为两种
- 主队列
- 自定义队列。
主队列是一个串行队列，负责在主线程上执行任务，因此在主队列上执行的任务必须要快速完成，避免阻塞主线程。自定义队列可以是串行队列或并发队列，开发者可以根据自己的需求创建自定义队列。
在GCD中，队列还分为两种执行方式
- 同步执行
- 异步执行
同步执行是指任务必须等待前面的任务完成后才能开始执行，任务会阻塞当前线程，因此同步执行适用于需要顺序执行任务的场景。
异步执行是指任务会立即在队列中排队，不会阻塞当前线程，只有当系统资源可用时才会执行任务，因此适用于需要异步执行任务的场景。
GCD 中的任务
在 GCD 中，任务是执行工作的基本单元。可以将任务想象为一些代码块，这些代码块可以在一个队列中按照一定的顺序依次执行，或者可以在多个队列中并行执行。
GCD 中的任务有两种类型：
- 同步任务
- 异步任务
同步任务是指在当前线程中执行的任务，会等待任务执行完成之后再继续执行下一个任务。同步任务通常使用串行队列执行。
异步任务是指在后台线程中执行的任务，不会阻塞当前线程，并且可以并发执行多个任务。异步任务通常使用并发队列执行。
GCD中的任务可以用闭包、函数或代码块的形式表示。以下是几个示例：
使用闭包表示一个异步任务：
DispatchQueue.global().async {
// 异步任务代码
}
使用函数表示一个同步任务：
let queue = DispatchQueue(label: "com.example.serialQueue")
queue.sync {
// 同步任务代码
}
使用代码块表示一个异步任务：
let queue = DispatchQueue.global(qos: .userInitiated)
queue.async(execute: {
// 异步任务代码
})
在GCD中，任务可以添加到队列中，然后GCD会自动管理任务的执行。
可以将任务添加到串行队列中，以确保它们按照添加的顺序依次执行。也可以将任务添加到并发队列中，以便它们可以并发执行。
当使用GCD时，需要注意以下几点：
- 需要选择正确的队列类型（串行队列或并发队列）来执行任务。
- 需要正确地使用同步和异步任务，以避免死锁和线程阻塞等问题。
- 需要确保在执行任务时，不会访问共享数据（如全局变量）等造成数据竞争的情况。
- 需要合理地设置任务的优先级，以确保重要任务优先执行。
- 需要避免使用过多的线程和队列，以避免资源浪费和性能下降等问题。
GCD 中的执行方法示例
当我们使用GCD创建队列后，可以向队列中添加任务，让它们在队列中依次执行。GCD提供了多种方法来添加任务，常用的包括以下几种：
- DispatchQueue.sync(execute:): 同步执行一个任务，等待任务执行完成后才会继续执行当前线程。
let queue = DispatchQueue(label: "com.example.myqueue")
queue.sync {
// 这里执行任务
}
- DispatchQueue.async(execute:): 异步执行一个任务，不等待任务执行完成就继续执行当前线程。
let queue = DispatchQueue(label: "com.example.myqueue")
queue.async {
// 这里执行任务
}
- DispatchQueue.async(group:qosexecute:): 将任务添加到一个任务组中，并异步执行。任务组可以用于等待一组任务完成后再继续执行。
let queue = DispatchQueue(label: "com.example.myqueue")
let group = DispatchGroup()
queue.async(group: group) {
// 这里执行任务
}
- DispatchQueue.barrierAsync(execute:): 在并发队列中添加一个屏障任务，保证在屏障任务之前的任务完成后才会执行屏障任务，屏障任务执行完成后才会执行之后的任务。
let queue = DispatchQueue(label: "com.example.myqueue", attributes: .concurrent)
queue.async {
// 这里执行任务
}
queue.async {
// 这里执行任务
}
queue.barrierAsync {
// 这里执行屏障任务
}
queue.async {
// 这里执行任务
}
queue.async {
// 这里执行任务
}
- DispatchWorkItem: 创建一个任务对象，可以用来手动执行或添加到队列中执行。
let workItem = DispatchWorkItem {
// 这里执行任务
}
let queue = DispatchQueue(label: “com.example.myqueue”)
queue.async(execute: workItem)
以上这些是GCD中添加任务的常用方法，可以根据实际情况选择适合自己的方法。同时，GCD还提供了其他一些方法，如DispatchQueue.global()、DispatchQueue.main等，可以根据不同的需求选择合适的方法。
DispatchQueue.main 和 DispatchQueue.global
DispatchQueue.main 和 DispatchQueue.global 都是 DispatchQueue 的静态属性，用于获取全局的主队列和后台队列，是 GCD 最常用的两个队列。
DispatchQueue.main 是 iOS 应用程序中的主队列，主要用于在主线程上执行任务，因为在 iOS 应用程序中，只有主线程才能更新 UI 和处理用户交互。所有在 DispatchQueue.main 中执行的任务都将在主线程上执行，如果在主线程中执行较耗时的任务，可能会导致 UI 卡顿，因此需要将这些任务放在后台线程中执行。
DispatchQueue.global 是 GCD 提供的全局队列，它会自动管理线程池，可根据需要动态创建或销毁线程。DispatchQueue.global 提供四种不同的 QoS（Quality of Service）服务质量服务等级：.userInteractive（用户交互）、.userInitiated（用户主动发起）、.default（默认）、.utility（实用工具）。每个等级代表不同的执行优先级和处理资源，可以根据任务的不同特性和优先级，选择合适的 QoS。
当在 DispatchQueue.global 中执行任务时，它们将在后台线程中执行，不会阻塞主线程，因此，执行耗时任务时，应该优先选择在 DispatchQueue.global 中执行。
// 在主队列上执行任务
DispatchQueue.main.async {
// 更新 UI
}
// 在后台队列中执行任务
DispatchQueue.global().async {
// 执行耗时操作
}
// 在后台队列中执行带有 QoS 的任务
DispatchQueue.global(qos: .userInitiated).async {
// 执行用户主动发起的任务
}
注意，使用 DispatchQueue.global 时，我们应该尽量避免阻塞主线程，否则会导致 UI 卡顿，影响用户体验。同时，在使用 DispatchQueue.global 时，也应该合理选择 QoS 等级，以确保任务得到合适的执行优先级和处理资源。
思考樂：调用DispatchQueue.global时，会无限创建新的queque嘛？
不会。调用 DispatchQueue.global 方法时，会返回一个全局共享的 queue。
GCD会根据应用程序的需要和系统资源的状况自动创建一定数量的 queue，并根据需要在这些 queue 中调度任务，而不是无限创建新的queue。这些 queue 通常是线程池，可以被多个任务共享，并且会在任务执行完毕后自动重用。
直接调用DispatchQueue.global 还是自己创建新的Queue好？
在处理并发任务时，可以选择直接使用 DispatchQueue.global，也可以创建自己的 queue。它们各有优缺点，具体取决于应用程序的需求。
直接使用 DispatchQueue.global 的优点是：
- 无需自己创建 queue，节省了代码的编写和维护成本；
- 由于全局队列已经被操作系统优化过，因此可以更好地利用系统资源；
- 队列中的任务可以在不同的线程上执行，因此可以更好地利用多核 CPU。
自己创建新的 queue 的优点是：
- 可以更好地控制并发操作的执行顺序；
- 可以限制并发任务的数量，从而避免过度占用系统资源；
- 可以根据具体应用程序的需求，设置不同的执行优先级和队列类型（串行或并行）。
如何高性能的使用DispatchQueue.global？
使用DispatchQueue.global创建并发队列时，建议使用预定义的QoS类别，如.userInitiated、.utility、.background。这些类别对应了不同的优先级，以及系统默认的并发线程数，可以使得在并发执行任务时更加高效地利用CPU资源。
另外，可以结合使用DispatchWorkItem和DispatchGroup，来实现更高效的任务调度和处理。比如，可以将多个任务包装在一个DispatchGroup中，通过notify(queue:)方法来等待所有任务执行完成，也可以通过wait(timeout:)方法来阻塞当前线程，等待任务执行完成。
在使用DispatchQueue.global时，需要注意任务之间的依赖关系，避免出现死锁或者竞争条件的情况。同时，也需要注意避免在并发执行任务时出现资源抢占的情况，比如多个线程同时对同一个资源进行修改时，需要使用DispatchSemaphore等同步机制来保证资源的正确性。