在多核处理器没有大范围使用开来的时候，就有了多线程的概念，iOS的并发开发也不是新东西了。本篇文章主要是对iOS开发当中经常涉及到的并发内容所做的简要整理，把学过的用过的东西重新整理到笔头上。
0. 并发的初衷
记得大学上专业课的时候，老师曾经经常提问一个问题——“并发”vs.“并行”。简单对比下，并行基本上就是同时进行，而并发不一定保证两个线程同一时刻在同时作业，而可以体现为同一个时间段内各自都完成了一部分任务。
在多核上，做的好的并发可以真正的并行，而在单核上，不过是多个线程对处理器计算执行权的交换更替。为什么要交替进行？这好比一群人排队等着填表做体检，轮到一个人A的时候，进行了一半发现需要等另一人B到达带来一些材料，B迟迟不来，那么在他身后排队的人C（以及C后面的人）肯定不会就这样停下，而是更希望A到一边等B，C和后面的人依次完成任务，知道B来了，A继续。这样的好处就是，体检可以更有效率的进行，总体上缩短这群人完成体检的时间，C和C后面的人不用陪着A一起死等B的到来。计算机也是一样，处理器资源宝贵，如果有现成等待IO完成，其它准备好了的线程可以先来执行。并发既能提高吞吐量，也能让准备好的线程有机会得到比较好的响应。
在之前我整理Java并发文章的时候也提到过这些。
1. iOS平台的并发支持
我这里强调“iOS并发”，是因为我主要是在iOS开发工作中了解到的这些技术，而这些技术并不一定仅局限于iOS系统。从一定意义上讲，iOS是源于苹果的桌面系统OS X的，所以这里提到的很多东西也是在整个苹果开发体系内可用的。
经过了苹果技术体系的不断发展，iOS上对并发的支持从不同层面来看可谓是多种多样。目前苹果官方文档主推的技术是Grand Central Dispatch(GCD)和NSOperation /Operation Queue，这两个都是使用任务队列的方式进行并发任务的执行实现。除了这些，Cocoa(Touch)的Foundation里还有一个NSThread类，这个类相信很多人就比较容易理解的，也很类似java.lang.Thread了，NSObject本身也可以分出NSThread来。在iOS开发当中，C语言的东东也都是可用的，所以像pthread也可以发挥它的作用。
iOS中除了上面提到的这些并发的技术支持外，还有一个概念经常和并发一起出现，Run Loop。后面的文章中，我会整理一下，把我的理解阐述一下。
2. GCD
GCD是苹果提供的一个简单、直接的能够实现并发的方案，需要和block配合使用。在iOS4之后，block的广泛使用，也让GCD成为了一个很好用的工具。之前只用“线程”概念做并发开发的同学，可能不是很容易理解GCD（至少我当初有点迷惑），但如果你做过Java，想想ThreadPoolExecutor就应该明白个大概了。
比较原始的，我们可以创建一个线程，指定它的任务，令其执行。多个任务就开多个线程。但线程不是越多越好，线程会占用资源，而且线程间的切换也会影响执行效率。所以，我们就要考虑如何维护线程。再结合线程安全，线程同步等问题考虑，线程管理的成本还是很高的。而如果线程的维护管理是系统已经为我们实现好的，按照一定的策略进行管理调度，那可以大大减轻我们的维护工作，降低成本。所以。无论是iOS上的GCD，还是Java的ThreadPoolExecutor都是这样做的，我们最后只管往一个队列里放入我们想要执行的任务即可。
- GCD中，一个队列就是一个 dispatch_queue_t类型的东东，它在GCD中也算是一个Dispatch Object了。队列从类型上来看分串行的（Serial）和并发的（Concurrent）的，区别在于前者必须等一个任务完成后，下一个任务（block）才开始进行，后者则不保证。不过两者都是按顺序向队列里放任务进去的。此外，苹果文档中还单独给出了一个主队列（main queue），主队列其实也是一个串行队列，与主线程关联，由main runloop控制，用来处理UI相关的任务。
- GCD队列具体怎么创建和获取，可参考苹果文档，我这里不会细说。但是需要说明一点的是，主队列不用自己创建，另外还有全局的（Global）几个不同优先级的队列也可以直接获取到，除非自己需要特殊的串行队列，这些大多数情况下够用了。现在串行的队列和并发的队列都可以通过 dispatch_queue_create来创建，根据参数区分。但自己创建的要自己维护，负责清理释放。
- 向队列中分派任务，可以以同步的方式进行（ dispatch_sync），也可以是异步的（ dispatch_async）。同步的方式会在分派任务时阻塞住，直到结束。但考虑可能发生的死锁情况，同步还是尽量不用的好。除非在能保证安全的情况下，又需要直接拿到同步执行的返回值的。
- dispatch_once是个很不错的东西，可以用来实现单例，也主要用来实现单例。Xcode5.1.1中貌似就可以自动完成用dispatch_once实现的代码块，很赞很方便。
- 至于dispatch_apply、dispatch_after这种我就不多说了，很容易懂，也没有其它几个常用。dispatch_group则实现了Thread概念下类似Join的功能，等待一个或一组任务完成。
- GCD任务分派后没法取消，但可以通过GCD队列进行suspend和resume控制。而针对并发队列（Concurrent Queue），可以通过barrier对特定任务进行前后隔离，读写锁实现可考虑。需要注意的是，本段中这几点，对于Global Queue是无效的！
- GCD队列可组合使用。在GCD队列中的任务出队列时不一定就执行了，也可能进到另一个队列。而Global队列有优先级之分，因此可以通过队列组合指定优先级，方法就是dispatch_set_target_queue()。
GCD队列图（来源于Objc中国）
- 对于阻塞的调用，尽管脱离开主线程，使得App的UI不受影响，但特定线程的资源还是会得不到充分利用，可考虑使用dispatch source作异步解决方案。
GCD简单易用，是并发开发很好上手的工具，这里就把主要的内容整理至此。
除了上面提到的这些，GCD还有很多其它内容，还有信号量（semaphore）、dispatch data、dispatch io等。除了参考苹果的《Concurrency Programming Guide》所述，《GCD Reference》东西更全。
3. Operation Queue
说完了GCD，Operation Queue理解起来就简单多了。可以说，Operation Queue是在语言上Objective-C的一个包装，实际上也是这样，最终的实现可以认为还是利用了GCD。
既然是包装了GCD，那一定多做了一些事情，最基本的就是面向对象，是Objective-C中NSObject的子类对象，可继承扩展，可封装复用。除此之外，Operation支持KVO、支持优先级、支持completion block，但我最关注的还是另外两点：
- 支持cancel
- 支持任务间依赖（注意，依赖高于优先级priority）
有了这两点支持，在某些复杂的业务场景下，用Operation比用GCD省事很多。
按照苹果官方文档所述，NSOperation是“抽象”的（虽然Objective-C中没有真正意义上的抽象概念），需要继承、扩展实现，方可使用。当然，苹果还是给了两个可用的子类，NSBlockOperation和NSInvocationOperation。这些怎么用苹果文档里写得都很清楚，注意NSBlockOperatioan里的block是并发的。
对于自己扩展实现的Operation，最主要的最基本的，把main方法实现了。做好异常处理是好习惯。
关于Operation的执行，既可以放到Operation Queue里（通常是这么用），也可以单独start。放到NSOperationQueue对象里会增加operation的引用计数，同时也保证了异步执行。而如果是调用start进行执行就不一定了，能否异步全看这个Operation是如何实现的。Operation的实现类别分为同步和并发的，可通过isConcurrent区别。默认情况下，这个方法返回NO，意味着调用start方法单独执行时都是在当前线程执行的。如果需要并发，就要负责自己对Operation的并发特性进行实现：
- 首先，不能再用父类的start方法实现，需要自己负责开启新线程执行自定义的任务。
- isConcurrent方法自然要修改为返回YES。
- 同时，对isFinished和isExecuting等方法需要按新的自定义逻辑进行实现，同时保持对KVO的兼容。
关于Operation的取消执行支持，这个是之前提到的Operation的一个特点。而这也是需要开发者参与定义的，在执行构成中的特定点判断是否需要终止执行。需要注意的一点是，被cancel掉的Operation同样也被认为是finished状态的，这意味着一个依赖于其它Operation的Operation，只要它的依赖全部都cancel了，也可以开始start执行了。此外，也可以对一个Operation Queue对象直接做取消操作，取消队列中所有任务。
4. 其它
不管是GCD还是Operation Queue，都没有对传统线程（Thread）的直接使用，对线程模型进行了包装，避免了一些比较繁琐的问题，降低了对线程对象的维护成本。那么想用好这两种工具，我们需要做的就是对要处理的任务进行合理抽象拆分，交给合适的队列处理。和线程要占用系统资源一样，NSOperation对象也要恰当使用，不是越多越好，要控制在合适的范围。
就像前文提并发的初衷所说，并发是为了更合理更有效率的利用计算资源，而较慢的IO处理是一个阻力。并发和IO通常是紧密关联的两个话题。在实际开发中，即使使用GCD和NSOperation对任务做了并发异步处理，也尽量不要让任务出现阻塞，因为GCD和NSOperation底层也是依赖线程实现的，一个阻塞的动作也会使一个线程对应的资源变得浪费。对于这种情况，我们尽量不要占用线程，尽量利用系统所提供的各项异步IO方案。