GCD

GCD 是 Cocoa 中提供的系统级线程管理技术；它将多线程的管理抽象为队列 Queue。只需要将需要执行的任务添加到 Queue 中，GCD 就能调度或生成线程执行任务；同时对线程的管理是作为系统的一部分来实现的，可以实现线程的统一管理，效率也是最好的

Queue

Dispatch Queue 是需要执行处理的等待队列；当需要执行的任务被添加到 Queue 中之后会按照先进先出的顺序被取出执行

Dispatch Queue 是一个链表实现的队列，其中链节点是一个 dispatch_continuation_t 结构体，里面包含了所执行的任务函数以及一些额外信息

Serial Queue 和 Concurrent Queue

Dispatch Queue 分为线性执行的 Serial Dispatch Queue 和并发执行的 Concurrent Dispatch Queue

• Serial Dispatch Queue 需要等待 Queue 中的上一个任务执行完毕才会继续执行下一个任务；只会使用一个线程
• Concurrent Dispatch Queue 并发的同时执行多个任务；会同时使用多个线程，具体使用的线程数量由 XNU 内核根据资源情况决定并控制生成和结束

由于 Serial Dispatch Queue 会严格控制执行的顺序，所以每一个 Serial Dispatch Queue 都会被单独创建一个对应的线程；因此在大量使用 Serial Dispatch Queue 会因为创建了过多的线程影响性能

Main Dispatch Queue

Main Dispatch Queue 是在主线程中执行的 Dispatch Queue；因为主线程只有一个，所以 Main Dispatch Queue 是 Serial Dispatch Queue

所有添加到 Main Dispatch Queue 的任务都是在主线程的 Runloop 中执行

Global Dispatch Queue

Global Dispatch Queue 是系统的全局并发队列，所有的 App 都可以获取到它

Global Dispatch Queue 有 4 个优先级

• High Priority
• Default Priority
• Low Priority
• Background Priority

XNU 内核会使用队列的优先级作为线程的执行优先级。但是由于用于处理 Global Dispatch Queue 的线程并不能保证实时性，所以线程优先级只是大致的判断，并不准确

自定义的 Dispatch Queue

使用 dispatch_queue_create 函数生成的 Queue；无论是 Serial Dispatch Queue 还是 Concurrent Dispatch Queue，都使用与默认优先级的 Global Dispatch Queue 相同优先级的线程处理

GCD 中的对象需要手动进行内存管理，所以自定义的 Dispatch Queue 需要通过 dispatch_retain 和 disptach_release 管理引用计数

dispath_set_target_queue

dispath_set_target_queue 函数可以改变 Dispatch Queue 的优先级

实现

Dispatch Queue 的管理和调度是通过底层的 Libc pthread_workqueue 和内核中的 XNU workqueue

libdispatch

在 libdispatch 层，主要有 Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue 两种队列

其中 Main Dispatch Queue 通过主线程 Runloop 执行任务，不需要内核进行调度

而 Global Dispatch Queue 则按照优先级以及是否并发分为 8 种：

• Global Dispatch Queue (High Priority)
• Global Dispatch Queue (Default Priority)
• Global Dispatch Queue (Low Priority)
• Global Dispatch Queue (Background Priority)
• Global Dispatch Queue (High Overcommit Priority)
• Global Dispatch Queue (Default Overcommit Priority)
• Global Dispatch Queue (Low Overcommit Priority)
• Global Dispatch Queue (Background Overcommit Priority)

优先级中带有 Overcommit 表示用于 Serial Dispatch Queue，在 Serial Dispatch Queue 使用时，无论系统状态如何，都会强制生成新的线程处理 Dispatch Queue

Libc (pthreads)

libdispatch 中的每一个种 Global Dispatch Queue 各自使用一个 Libc 中的 pthread_workqueue

1. 在 GCD 初始化时，通过 pthread_workqueue_create_np 生成 pthread_workqueue
2. 通过 pthread_workqueue 的 bsdthread_register 和 workq_open 可以在 XNU 内核初始化 workqueue 之后获取 workqueue 的信息

XNU 内核

XNU 内核中也有 4 种优先级的 workqueue

• WORKQUEUE_HIGH_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_DEFAULT_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_LOW_PRIOQUEUE
• WORKQUEUE_BG_PRIOQUEUE

这四种优先级与 Dispatch Queue 中的优先级相同；它们之间的对应关系如下

执行过程

当在 Global Dispatch Queue 中执行任务时，完整的执行流程如下：

1. libdispatch 从 Global Dispatch Queue 队列中取出 Dispatch Continuation 包装的任务
2. 将 Global Dispatch Queue 自身、符合其优先级的 workqueue 信息以及 Dispatch Continuation 的回调函数等作为参数，调用 pthread_workqueue_additem_np 函数
3. pthread_workqueue_additem_np 函数使用 workq_kernreturn 系统调用，根据传入的 workqueue 信息找到对应优先级的 workqueue，通知 workqueue 增加应当执行的任务
4. 收到通知的 XNU 内核基于系统状态判断是否要生成新的线程。如果是 Overcommit 的 Global Dispatch Queue，则 workqueue 始终生成新的线程
   • workqueue 中生成的线程只在 workqueue 的线程计划表中运行，相当于线程只用于对应优先级的任务。所以与一般的线程上下文切换不同，性能会更好
5. workqueue 的线程接着调用 pthread_workqueue 函数，pthread_workqueue 函数会调用 libdispatch 中的回调函数，在该回调函数中执行 Dispatch Continuation 中的任务
6. 任务执行完毕后，进行通知 Dispatch Group 任务结束、释放 Dispatch Continuation 等处理；执行 Queue 中的下一个任务

自定义 Dispatch Queue 执行

上面说明了 Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue 的执行原理。那如果是自定义的 Dispatch Queue 是怎么执行的呢？

自定义的 Dispatch Queue 都有一个执行目标 Queue，最终都是通过执行目标 Queue 执行 Queue 中的任务；理所当然的，这些执行目标 Queue 就只能是 Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue 中的其中一个

创建的 Queue 默认使用 Default 优先级的 Global Queue 作为目标；可以使用 dispatch_queue_create_with_target 方法在创建时指定目标 Queue

再谈 dispath_set_target_queue

dispath_set_target_queue 函数不仅可以改变 Dispatch Queue 的优先级；还可以改变 Queue 的目标执行 Queue。

如果在多个 Serial Dispatch Queue 中用 dispath_set_target_queue 函数指定执行目标为同一个 Serial Dispatch Queue；那么原本应该并行执行的多个 Serial Dispatch Queue 只能在目标 Serial Dispatch Queue 上串行执行

其他 GCD 功能简介

dispatch_after

延迟在指定 Queue 执行任务；dispatch_after 实质不是在指定时间之后执行任务，而是在指定时间之后将任务添加到指定的 Queue 立即执行

定时添加任务的定时器是通过 Runloop 实现的，所以时间同样不会十分精确

dispatch_time 用于获取相对时间；dispatch_walltime 用于获取绝对时间

dispatch_group

waiting …

dispatch_barrier_

dispatch_apply

dispatch_apply 类似于 dispatch_sync，会等待所有函数执行完毕