Written by on November 5, 2019

Grand Central Dispatch – Basic Queue

iOS & Swift

Chào bạn tới với bài viết này. Bài này sẽ trình bày về một trong các chủ để thuộc dạng khó trong lập trình Swift. Đó là Grand Central Dispatch hay còn được gọi là GCD.

Bài viết dành cho các đối tượng:

  • Đi nhanh để có thể đọc code hiểu được, nhất là các phần async hay sync
  • Đã trải qua cơ bản và muốn có cái nhìn tổng quát hơn về GCD
  • Ham vui

Ngoài ra, với GCD thì bạn cần phải thành thạo về closure , nên nếu bạn chưa đọc qua bài Closure thì có thể ghé qua đây để bổ túc kiến thức trước khi vào bài.

Bắt đầu thôi!

Chuẩn bị

  • MacOS 10.14.4
  • Xcode 11.0
  • Swift 5.1

1. GCD Concepts

“Grand Central Dispatch (GCD) is a low-level API for managing concurrent operations.”

Theo Apple.

Ta có thể tạm cắt nghĩa nó như sau:

  • Đây là những API ở mức low-level
  • Cải thiện hiệu năng của ứng dụng.
  • Quản lý việc thực hiện nhiều tác vụ một lúc.
  • Tối ưu cho việc xử lý multi-threading
  • Với swift 3 thì GCD đã được làm mới lại, thay vì là C-based API thì bây giờ là Swiftier. Và được thêm vào nhiều class và structures mới.

Woa`, tiếng Việt của mình thất là pro nhĩ, ahihi!

Và

“Để tạm vô bài thì cần phải hiểu được một số khái niệm cơ bản sau.”

1.1. Thread

  • Giúp cho chương trình thực hiện cùng lúc nhiều công việc
  • Sử dụng Thread để tăng hiệu suất của chương trình. Thay vì tất cả mọi công việc được thực hiện trên Main Thread thì bạn có thể chia ra nhiều thread để thực hiện nhiều công việc.
  • Nó tốt cho việc pre-load data
  • Tách biệt nhiều công việc xử lý, như: giao diện, WS, tính toán, database…
  • Thread thuộc mức low-level  trong hệ thống, nên gây khó khăn cho việc quản lý và thực hiện các công việc đồng thời.
  • UI (user interface) là vấn đề cần được quan tâm. Chương trình sinh ra và duy trì duy nhất một thread để đảm bảo việc cập nhập các giao diện. Và nó được gọi là Main Thread.
  • Mọi hoạt động cập nhập lại UI từ các thread khác cần phải performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:  nếu không sẽ dẫn tới chết chương trình.
  • Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều thread đôi lúc dẫn tới việc lock các UI làm cho chương trình bị đơ.
  • Ngoài ra, các vấn đề về pause và resume thread hoặc duy trì hoặc xử lý đồng bộ cũng như bất đồng bộ… cũng gặp nhiều khó khăn và cần tối ưu các xử lý.

1.2. Concurrency vs. Parallelism

  • Concurrency: Đó là khái niệm nhiều thứ xảy ra cùng một thời điểm. Là một thuộc tính của chương trình.
  • Parallel: Đó thực thi nhiều công việc song song, là một thuộc tính của máy
  • Trong quá khứ, Concurrency là yêu cầu tạo thêm thread để vào quá trình xử lý. Nhưng việc quản lý thread là một điều không đơn giản.
  • Tuy nhiên việc đồng bộ các thread để tăng phần xử lý dữ liệu lại đêm lại nhiều rủi ro.
  • Các hệ thống của MAC OS và iOS đã thêm vào các tính năng cho việc quản lý thread. Thay vì tạo ra trực tiếp các thread để chúng hoạt động, thì hệ thống chỉ cần xác định các công việc cần thực hiện mà thực hiện chúng.

“Basically, concurrency is about structure while parallelism is about execution.”

1.3. Lợi ích của GCD đem lại

  • GCD là cách phổ biến nhất để thêm một thread.
  • Chỉ cần định nghĩa các các công việc và thêm chúng vào queue để thực hiện.
  • Mọi công việc handle thread thì đã tự động thực hiện.
  • Đó là cách đơn giản nhất để thực hiện các công việc đồng thời và bất đồng bộ
  • Sử dụng đơn giản và nhiều task được thực hiện trong một thread

2. Getting Started

2.1. Bắt đầu

Bắt đầu với đoạn code sau để tạo 1 queue

  • label : dùng để định danh 1 queue
let queue = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue")

Thực thi 1 queue

let queue = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue")

queue.sync {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

Trong đó:

  • sync : thực hiện công việc theo đồng bộ

Kết quả:

🔴 0
🔴 1
🔴 2
🔴 3
🔴 4
🔴 5
🔴 6
🔴 7
🔴 8
🔴 9

Nâng cấp ví dụ lên 1 trình cao mới để thấy được sự khác nhau của bất đồng bộ và đồng bộ

  • sync
let queue = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue")

queue.sync {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

for i in 100..<110 {
    print("🔶", i)
}

//Kết quả
🔴 0
🔴 1
🔴 2
🔴 3
🔴 4
🔴 5
🔴 6
🔴 7
🔴 8
🔴 9
🔶 100
🔶 101
🔶 102
🔶 103
🔶 104
🔶 105
🔶 106
🔶 107
🔶 108
🔶 109
  • async
    • Thay đổi từ sync thành async
let queue = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue")

queue.async {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

for i in 100..<110 {
    print("🔶", i)
}
    • Kết quả sẽ khác sau mỗi lần chạy
🔴 0
🔶 100
🔴 1
🔶 101
🔴 2
🔶 102
🔶 103
🔴 3
🔶 104
🔴 4
🔶 105
🔴 5
🔶 106
🔶 107
🔶 108
🔶 109
🔴 6
🔴 7
🔴 8
🔴 9

2.2. Dispatch Queue

  • GCD cung cấp 1 dispatch queue bằng DispatchQueue.
  • Nhiệm vụ:
    • Quản lý các tác vụ được thêm vào
    • Theo kiểu FIFO
  • Dispatch queue là thread an toàn & có thể truy cập nó từ bất cứ đâu.
  • GCD sẽ rất là hiệu quả khi bạn hiểu được về ứng dụng của bạn và những thứ bạn cần.

  • Dispatch Queue sẽ cung cấp cho bạn 2 loại queue sau
    • Serial Queue
    • Concurrent Queue

Tóm tắt một chút

2.3. Các loại Queue

Có 3 loại queue mà GCD cung cấp:

  • Main Queue
    • Thực thi trên main thread
    • Là 1 serial queue
  • Global Queue
    • Là concurrent queue
    • Chia sẻ trên toàn bộ hệ thống
    • Có 4 mức độ ưu tiên: high, default, low và background
  • Custom Queue
    • Có thể tạo ra là 1 serial hay concurrent queue
//custom
let customQueue = DispatchQueue(label: "com.fx.customqueue", qos: .utility)
customQueue.async {
    for i in 1000..<1010 {
        print("🔶", i)
    }
}

//main
DispatchQueue.main.async {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

//global
DispatchQueue.global().async {
    for i in 100..<110 {
        print("🔵", i)
    }
}

 

2.4. Quality Of Service (QoS) and Priorities

Các mức độ ưu tiên theo thứ tự giảm dần:

  • UserInteractive
    • Độ ưu tiên cao nhất
    • Chạy trên main thread
    • Update UI, quản lý event người dùng
  • UserInitiated
    • Các tác vụ bất đồng bộ từ người dùng
    • Sử dụng khi người dùng cần kết quả ngay lập tức
  • Default
  • Utility
    • Các tác vụ tốn thời gian
    • Như I/O, network…
    • Thiết kế tiết kiệm năng lượng
  • Background
    • Các tác vụ mà người dùng không cần biết tới
  • Unspecified

3. Demo

3.1. Cùng độ ưu tiên

let queue1 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue1", qos: .userInitiated)
let queue2 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue2", qos: .userInitiated)

queue1.async {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

queue2.async {
    for i in 0..<10 {
        print("🔵", i)
    }
}
    • Trong đó:
      • Tạo 2 queue với cùng độ ưu tiên
      • 2 queue đều thực thi công việc theo bất đồng bộ và sẽ in lộn xộn với nhau
    • Kết quả
      • Các phần tử in ra của mỗi màu thì đúng theo thứ tự
      • Các màu sắc in ra thì lộn xộn
      • Mỗi lần chạy mỗi khác
🔴 0
🔵 100
🔵 101
🔴 1
🔵 102
🔴 2
🔵 103
🔴 3
🔵 104
🔴 4
🔵 105
🔴 5
🔵 106
🔴 6
🔵 107
🔴 7
🔵 108
🔴 8
🔵 109
🔴 9

3.2. Khác độ ưu tiên

let queue1 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue1", qos: .userInitiated)
let queue2 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue2", qos: .utility)

queue1.async {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

queue2.async {
    for i in 100..<110 {
        print("🔵", i)
    }
}
    • Trong đó:
      • queue 1 có độ ưu tiên cao hơn queue 2
      • vẫn là in các màu sắc ra
    • Kết quả
      • Vòng lặp đầu tiên sẽ là 2 màu, vì 2 lệnh được thực thi cùng cấp độ ưu tiên
      • Các vòng  lặp sau thì màu đỏ sẽ được ưu tiên hơn, sẽ in hết màu đỏ sau đó mới tới màu xanh
🔴 0
🔵 100
🔴 1
🔴 2
🔴 3
🔴 4
🔴 5
🔴 6
🔴 7
🔴 8
🔴 9
🔵 101
🔵 102
🔵 103
🔵 104
🔵 105
🔵 106
🔵 107
🔵 108
🔵 109

3.3. Các độ ưu tiên thấp cùng nhau

    • queue 1 sẽ thấp hơn queue 2
let queue1 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue1", qos: .background)
let queue2 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue2", qos: .utility)

queue1.async {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

queue2.async {
    for i in 100..<110 {
        print("🔵", i)
    }
}
    • Kết quả:
🔴 0
🔵 100
🔵 101
🔵 102
🔵 103
🔵 104
🔵 105
🔵 106
🔵 107
🔵 108
🔵 109
🔴 1
🔴 2
🔴 3
🔴 4
🔴 5
🔴 6
🔴 7
🔴 8
🔴 9

3.4. Cạnh tranh với các tác vụ trên main thread

    • Thêm 1 vòng lặp ở main
let queue1 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue1", qos: .userInitiated)
let queue2 = DispatchQueue(label: "com.fx.myqueue2", qos: .utility)

queue1.async {
    for i in 0..<10 {
        print("🔴", i)
    }
}

queue2.async {
    for i in 100..<110 {
        print("🔵", i)
    }
}

for i in 100..<110 {
    print("🔶", i)
}
    • Kết quả
      • Hầu hết các tác vụ main sẽ được thực hiện xong trước
      • Còn các tác vụ của queue 2 sẽ thực hiện sau cùng
🔴 0
🔵 100
🔶 100
🔶 101
🔴 1
🔶 102
🔴 2
🔶 103
🔶 104
🔴 3
🔶 105
🔶 106
🔶 107
🔴 4
🔶 108
🔶 109
🔴 5
🔴 6
🔴 7
🔴 8
🔴 9
🔵 101
🔵 102
🔵 103
🔵 104
🔵 105
🔵 106
🔵 107
🔵 108
🔵 109

 

Tạm kết

  • Tìm hiểu về các khái niệm trong multi-threading
  • Concurrency vs. Parallelism
  • Basic về Grand Central Dispatch
  • Cách sử dụng Queue
  • Độ ưu tiên của Queue

Phần 2: Grand Central Dispatch – Managing Task

Cảm ơn bạn đã đọc!

PinYummlyLinkedInPrintShares41

Related Posts:

Written by

Hãy ngồi xuống, uống miếng bánh và ăn miếng trà. Chúng ta cùng nhau đàm đạo về đời, về code nhóe!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *