Текст книги "iOS. Приемы программирования"

См. также

Разделы 7.1 и 7.2.

7.4. Решение с помощью GCD задач, связанных с пользовательским интерфейсом

Постановка задачи

Интерфейс программирования приложений GCD используется для параллельного программирования, и необходимо узнать, каков оптимальный способ его применения с другими API, связанными с пользовательским интерфейсом.

Решение

Воспользуйтесь функцией dispatch_get_main_queue.

Обсуждение

Задачи, связанные с пользовательским интерфейсом, должны выполняться в главном потоке. Поэтому единственным каналом для передачи в GCD задач, связанных с пользовательским интерфейсом, и их выполнения оказывается главная очередь. В качестве описателя главной диспетчерской очереди можно применять функцию dispatch_get_main_queue.

Существует два способа направления задач в основную очередь. Оба этих способа асинхронны и позволяют не прерывать исполнения программы на время, пока завершается операция:

• функция dispatch_async выполняет блоковый объект применительно к диспетчерской очереди;

• функция dispatch_async_f выполняет функцию C применительно к диспетчерской очереди.

Метод dispatch_sync нельзя применять к главной очереди, поскольку он заблокирует поток на неопределенное время и ваше приложение войдет во взаимную блокировку. Все задачи, направляемые в GCD через главную очередь, должны туда направляться асинхронно.

Рассмотрим использование функции dispatch_async, которая принимает два параметра:

• описатель диспетчерской очереди – диспетчерская очередь, в которой должна выполняться задача;

• блоковый объект – блоковый объект, посылаемый в диспетчерскую очередь для асинхронного выполнения.

Рассмотрим пример. В операционной системе iOS следующий код будет выводить пользователю предупреждение, и при этом будет применяться главная очередь:

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

dispatch_async(mainQueue, ^(void) {

[[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"GCD"

message:@"GCD is amazing!"

delegate: nil

cancelButtonTitle:@"OK"

otherButtonTitles: nil, nil] show];

});

Как видите, функция GCD dispatch_async не имеет ни параметров, ни возвращаемого значения. Блоковый объект, передаваемый данной функции для выполнения задачи, должен самостоятельно собирать данные для этого. В только что рассмотренном примере кода присутствует вид с предупреждением, имеющий все значения, которые требуются ему для выполнения задачи. Но так бывает не всегда. Иногда вам необходимо удостовериться, что блоковый объект, передаваемый GCD, располагает в собственной области видимости всеми значениями, которые требуются для решения стоящей перед ним задачи.

Если запустить данное приложение в эмуляторе iOS, пользователь увидит примерно такую картинку, как на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Предупреждение, при выводе которого применялись асинхронные вызовы к GCD.

В общем-то, этот результат не слишком впечатляет. Так благодаря чему же главная очередь так интересна? Ответ прост: когда приходится задействовать GCD на полную мощность, например, чтобы выполнить сложные вычисления в параллельных или последовательных потоках, вам, возможно, понадобится отображать текущие результаты для пользователя или перемещать какой-либо компонент на экране. В таких случаях необходимо применять основную очередь, так как это задачи, связанные с пользовательским интерфейсом. Функции, рассмотренные в этом разделе, дают единственную возможность выйти из параллельной или последовательной очереди для обновления пользовательского интерфейса, не прекращая работу с GCD. Можете себе представить, насколько они важны.

Если вы не хотите передавать блоковый объект для выполнения в главную очередь, можно передать объект, представляющий собой функцию на языке C. Передавайте функции dispatch_async_f все те функции C, которые предполагается направлять на выполнение в GCD и которые относятся к работе пользовательского интерфейса. Мы можем получить такие же результаты, как на рис. 7.1, используя вместо блоковых объектов функции на языке C, при этом потребуется внести в код лишь незначительные корректировки.

Как было указано ранее, функция dispatch_async_f позволяет передавать указатель на контекст, определяемый приложением. Этот контекст впоследствии может использоваться вызываемой нами функцией C. Итак, создадим структуру, в которой будут содержаться значения – в частности, заголовок предупреждающего вида, сообщение и надпись Cancel (Отмена) на соответствующей кнопке. Когда приложение запустится, мы поместим в эту структуру все значения и передадим ее функции C для отображения. Вот как определяется эта структура:

typedef struct{

char *title;

char *message;

char *cancelButtonTitle;

} AlertViewData;

Итак, продолжим и реализуем функцию C, которая в дальнейшем будет вызываться с GCD. Эта функция должна ожидать параметр типа void *, тип которого затем приводится к AlertViewData *. Иными словами, мы ожидаем от вызывающей стороны этой функции, что нам будет передана ссылка на данные, необходимые для работы предупреждающего вида, которые инкапсулированы в структуре AlertViewData:

void displayAlertView(void *paramContext){

AlertViewData *alertData = (AlertViewData *)paramContext;

NSString *title =

[NSString stringWithUTF8String: alertData->title];

NSString *message =

[NSString stringWithUTF8String: alertData->message];

NSString *cancelButtonTitle =

[NSString stringWithUTF8String: alertData->cancelButtonTitle];

[[[UIAlertView alloc] initWithTitle: title

message: message

delegate: nil

cancelButtonTitle: cancelButtonTitle

otherButtonTitles: nil, nil] show];

free(alertData);

}

Причина, по которой мы применяем free к переданному нам контексту именно здесь, а не на вызывающей стороне, заключается в том, что вызывающая сторона будет выполнять эту функцию C асинхронно и не сможет узнать, когда выполнение функции на языке C завершится. Поэтому вызывающая сторона должна выделить достаточный объем памяти для контекста AlertViewData (операция malloc), и функция C displayAlertView должна высвободить это пространство.

А теперь вызовем функцию displayAlertView применительно к основной очереди и передадим ей контекст (структуру, содержащую данные для предупреждающего вида):

– (BOOL) application:(UIApplication *)application

didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

AlertViewData *context = (AlertViewData *)

malloc(sizeof(AlertViewData));

if (context!= NULL){

context->title = «GCD»;

context->message = «GCD is amazing.»;

context->cancelButtonTitle = «OK»;

dispatch_async_f(mainQueue,

(void *)context,

displayAlertView);

}

self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:

[[UIScreen mainScreen] bounds]];

self.window.backgroundColor = [UIColor whiteColor];

[self.window makeKeyAndVisible];

return YES;

}

Если активизировать метод класса currentThread, относящийся к классу NSThread, то выяснится, что блоковые объекты или функции C, направляемые вами в главную очередь, действительно работают в главном потоке:

– (BOOL) application:(UIApplication *)application

didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

dispatch_async(mainQueue, ^(void) {

NSLog(@"Current thread = %@", [NSThread currentThread]);

NSLog(@"Main thread = %@", [NSThread mainThread]);

});

self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:

[[UIScreen mainScreen] bounds]];

self.window.backgroundColor = [UIColor whiteColor];

[self.window makeKeyAndVisible];

return YES;

}

Вывод данного кода будет примерно таким:

Current thread = <NSThread: 0x4b0e4e0>{name = (null), num = 1}

Main thread = <NSThread: 0x4b0e4e0>{name = (null), num = 1}

Итак, мы изучили, как с помощью GCD решаются задачи, связанные с пользовательским интерфейсом. Перейдем к другим темам – в частности, поговорим о том, как выполнять задачи параллельно, используя параллельные очереди (см. разделы 7.5 и 7.6), и как при необходимости смешивать создаваемый код с кодом пользовательского интерфейса.

7.5. Синхронное решение с помощью GCD задач, не связанных с пользовательским интерфейсом

Постановка задачи

Необходимо выполнять синхронные задачи, в которых не участвует код, связанный с пользовательским интерфейсом.

Решение

Воспользуйтесь функцией dispatch_sync.

Обсуждение

Иногда необходимо решать задачи, никак не связанные с пользовательским интерфейсом, либо осуществлять процессы, которые взаимодействуют и с пользовательским интерфейсом, но в то же время заняты решением долговременных задач. Например, вам может понадобиться загрузить изображение, а после загрузки отобразить его для пользователя. Процесс загрузки совершенно не связан с пользовательским интерфейсом.

Любая задача, не связанная с пользовательским интерфейсом, позволяет применять глобальные параллельные очереди, которые предоставляет GCD. Они могут выполняться как синхронно, так и асинхронно. Но синхронное выполнение не означает, что программа дожидается, пока выполнится определенный фрагмент кода, а потом продолжает работу. Это лишь означает, что параллельная очередь дождется выполнения вашей задачи и только потом перейдет к выполнению следующего блока кода, стоящего в очереди. Когда вы ставите в параллельную очередь блоковый объект, ваша собственная программа всегда продолжает работу, не дожидаясь, пока выполнится код, стоящий в очереди. Дело в том, что параллельные очереди (как понятно из их названия) выполняют свой код в неглавных потоках. (Из этого правила есть исключение: когда задача передается в параллельную или последовательную очередь посредством функции dispatch_sync, система iOS при наличии такой возможности запускает задачу в текущем потоке. А это может быть и главный поток в зависимости от актуальной ветви кода. Это специальная оптимизация, запрограммированная в GCD, и вскоре мы обсудим ее подробнее.)

Если вы отправляете синхронную задачу в параллельную очередь и в то же время отправляете синхронную задачу в другую параллельную очередь, то две эти синхронные задачи будут выполняться асинхронно друг относительно друга, так как относятся к двум разным параллельным очередям. Этот нюанс важно понимать, поскольку иногда необходимо гарантировать, что задача B начнет выполняться только после того, как завершится задача А. Чтобы обеспечить такую последовательность, эти две задачи нужно синхронно отправлять в одну и ту же очередь.

Синхронные задачи в диспетчерской очереди можно выполнять с помощью функции dispatch_sync. Все, что от вас требуется, – снабдить эту функцию описателем той очереди, в которой должна выполняться задача, а также блоком кода, который должен выполниться в данной очереди.

Рассмотрим пример. Данная функция выводит на консоль числа от 1 до 1000, всю последовательность подряд, и при этом не блокирует основной поток. Мы можем создать блоковый объект, выполняющий подсчет за нас, и синхронно (дважды) вызвать этот же блоковый объект:

void (^printFrom1To1000)(void) = ^{

NSUInteger counter = 0;

for (counter = 1;

counter <= 1000;

counter++){

NSLog(@"Counter = %lu – Thread = %@",

(unsigned long)counter,

[NSThread currentThread]);

}

};

Итак, попробуем активизировать этот блоковый объект с помощью GCD:

– (BOOL) application:(UIApplication *)application

didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{

dispatch_queue_t concurrentQueue =

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

dispatch_sync(concurrentQueue, printFrom1To1000);

dispatch_sync(concurrentQueue, printFrom1To1000);

// Точка переопределения для дополнительной настройки

// после запуска приложения

[self.window makeKeyAndVisible];

return YES;

}

Запустив этот код, вы заметите, что счетчик работает в главном потоке даже при том, что вы поставили эту задачу на выполнение в параллельную очередь. Оказывается, что это явление – специальная оптимизация GCD. Функция dispatch_sync будет использовать актуальный поток, то есть поток, который вы задействуете при направлении задачи в очередь, всякий раз, когда это возможно. В этом и заключается упомянутая оптимизация. Вот что об этом пишет Apple в справке по GCD: «В целях оптимизации работы данная функция активизирует блок кода в актуальном потоке всякий раз, когда это возможно».

Чтобы выполнить вместо блокового объекта функцию на языке C и сделать это синхронно, в диспетчерской очереди, используйте функцию dispatch_sync_f. Давайте просто преобразуем код, написанный для блокового объекта printFrom1To1000, в эквивалентную ему функцию на языке C:

void printFrom1To1000(void *paramContext){

NSUInteger counter = 0;

for (counter = 1;

counter <= 1000;

counter++){

NSLog(@"Counter = %lu – Thread = %@",

(unsigned long)counter,

[NSThread currentThread]);

}

}

А теперь можно воспользоваться функцией dispatch_sync_f для выполнения функции printFrom1To1000 в параллельной очереди:

– (BOOL) application:(UIApplication *)application

didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{

dispatch_queue_t concurrentQueue =

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

dispatch_sync_f(concurrentQueue,

NULL,

printFrom1To1000);

dispatch_sync_f(concurrentQueue,

NULL,

printFrom1To1000);

self.window = [[UIWindow alloc]

initWithFrame: [[UIScreen mainScreen] bounds]];

self.window.backgroundColor = [UIColor whiteColor];

[self.window makeKeyAndVisible];

return YES;

}

Первый параметр функции dispatch_get_global_queue указывает приоритет параллельной очереди. Этот показатель GCD должен получить и предоставить программисту. Чем выше приоритет, тем больше квантов процессорного времени будет уделяться коду, выполняемому в этой очереди. В качестве первого параметра функции dispatch_get_global_queue можно использовать любое из следующих значений:

• DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW – ваша задача будет получать меньше процессорного времени, чем выделяется на задачу в среднем;

• DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT – ваша задача получит стандартный системный приоритет;

• DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH – ваша задача будет получать больше процессорного времени, чем выделяется на задачу в среднем.

Второй параметр функции dispatch_get_global_queue зарезервирован, ему всегда следует передавать значение 0.

В данном разделе было рассмотрено, как передавать задачи в параллельные очереди для синхронного исполнения. В следующем разделе обсудим асинхронное исполнение в параллельных очередях, а в разделе 7.10 будет показано, как исполнять задачи синхронно и асинхронно в последовательных очередях, создаваемых вами для приложений.

См. также

Разделы 7.6 и 7.10.

7.6. Асинхронное решение с помощью GCD задач, не связанных с пользовательским интерфейсом

Постановка задачи

Необходимо иметь возможность решать задачи, не связанные с пользовательским интерфейсом, с помощью GCD.

Решение

Вот здесь GCD и проявляется во всей красе: при асинхронном выполнении блоков кода в главной очереди, последовательных и параллельных очередях. Не сомневаюсь, что, дочитав этот раздел, вы будете совершенно убеждены в том, что будущее многопоточных приложений неразрывно связано с GCD, который в перспективе заменит потоки, применяемые в современных программах.

Чтобы выполнять в диспетчерской очереди асинхронные задачи, следует пользоваться одной из следующих функций:

• dispatch_async – отправляет блоковый объект в диспетчерскую очередь (и объект и очередь указываются в соответствующих параметрах) для асинхронного выполнения;

• dispatch_async_f – отправляет в диспетчерскую очередь функцию языка C вместе со ссылкой на контекст (все три элемента указываются в соответствующих параметрах) для асинхронного выполнения.

Обсуждение

Рассмотрим реальный пример. Напишем приложение для iOS, которое позволит нам скачивать изображение из Интернета по имеющейся гиперссылке (URL). После завершения загрузки наша программа должна отобразить изображение для пользователя. Далее приведен план работы и описано, как будут применены те или иные концепции, связанные с GCD, которые мы уже успели изучить.

1. Мы собираемся асинхронно запускать блоковый объект в параллельной очереди.

2. В ходе выполнения этого блока будем однократно (синхронно) запускать другой блоковый объект. Его мы будем использовать для скачивания изображения по URL, при этом будет применяться функция dispatch_sync. Мы поступаем именно так, поскольку хотим, чтобы обработка остального кода, стоящего в данной параллельной очереди, не начиналась, пока не загрузится изображение. В результате мы заставляем подождать только одну параллельную очередь, а не все остальные очереди. Если синхронно скачивать файл по URL из асинхронного блока кода, мы заблокируем лишь очередь, обрабатывающую синхронную функцию, но не главный поток. Вся операция так и остается асинхронной с точки зрения главного потока. Мы решаем основную задачу: при загрузке изображения главный поток не блокируется.

3. Сразу после того, как загрузка изображения завершится, мы синхронно выполним блоковый объект в главной очереди (см. раздел 7.4), чтобы отобразить картинку в пользовательском интерфейсе.

Каркас для планируемой программы совершенно прост:

– (void) viewDidAppear:(BOOL)animated{

[super viewDidAppear: animated];

dispatch_queue_t concurrentQueue =

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

dispatch_async(concurrentQueue, ^{

__block UIImage *image = nil;

dispatch_sync(concurrentQueue, ^{

/* Здесь скачивается изображение. */

});

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

/* Здесь мы демонстрируем изображение пользователю и делаем это

в главной очереди. */

});

});

}

Второй вызов к dispatch_sync, после которого отобразится картинка, будет выполняться в очереди после первого синхронного вызова, который обеспечивает загрузку изображения. Именно этого мы и добивались, поскольку нам необходимо дождаться, пока изображение загрузится полностью, и только после этого мы сможем отобразить его для пользователя. Итак, после завершения скачивания изображения мы выполняем второй блоковый объект, но на этот раз – в главной очереди.

Скачаем изображение и отобразим его для пользователя. Это мы сделаем в методе экземпляра viewDidAppear:, относящемся к контроллеру вида, который в данный момент отображается в приложении для iPhone:

– (void) viewDidAppear:(BOOL)paramAnimated{

[super viewDidAppear: paramAnimated];

dispatch_queue_t concurrentQueue =

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

dispatch_async(concurrentQueue, ^{

__block UIImage *image = nil;

dispatch_sync(concurrentQueue, ^{

/* Здесь скачивается изображение. */

/* Изображение iPad с сайта Apple. Гиперссылка слишком длинная,

поэтому ее нужно правильно разбить на две строки. */

NSString *urlAsString = @"http://images.apple.com/mobileme/features"

«/images/ipad_findyouripad_201 00518.jpg»;

NSURL *url = [NSURL URLWithString: urlAsString];

NSURLRequest *urlRequest = [NSURLRequest requestWithURL: url];

NSError *downloadError = nil;

NSData *imageData = [NSURLConnection

sendSynchronousRequest: urlRequest

returningResponse: nil

error:&downloadError];

if (downloadError == nil &&

imageData!= nil){

image = [UIImage imageWithData: imageData];

/* Изображение у нас есть. Теперь можно его использовать. */

}

else if (downloadError!= nil){

NSLog(@"Error happened = %@", downloadError);

} else {

NSLog(@"No data could get downloaded from the URL.");

}

});

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

/* Здесь картинка отображается, и это происходит в главной очереди. */

if (image!= nil){

/* Здесь создается вид с изображением. */

UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc]

initWithFrame: self.view.bounds];

/* Задаем характеристики изображения. */

[imageView setImage: image];

/* Убеждаемся, что изображение масштабировано правильно. */

[imageView setContentMode: UIViewContentModeScaleAspectFit];

/* Добавляем изображение к виду данного контроллера вида. */

[self.view addSubview: imageView];

} else {

NSLog(@"Image isn't downloaded. Nothing to display.");

}

});

});

}

Как показано на рис. 7.2, мы успешно загрузили изображение, а также создали вид изображения, в котором картинка будет представлена пользователю в графическом интерфейсе.

Рис. 7.2. Загрузка изображения и демонстрация его пользователю, применяется GCD

Приведем другой пример. Допустим, у нас есть массив из 10 000 случайных чисел, которые сохранены в файле на диске. Мы хотим загрузить этот файл в память и отсортировать числа в порядке возрастания (то есть сделать так, чтобы список начинался с наименьшего числа). Потом мы хотим отобразить полученный список для пользователя. Инструмент управления, который будет применяться при этой операции, определяется тем, для какой системы вы пишете программу. В случае с iOS идеальным выходом было бы использовать экземпляр UITableView, а при работе с Mac OS X – экземпляр NSTableView. Поскольку массива у нас еще нет, начнем с его создания, потом загрузим этот массив, а потом отобразим.

Вот два метода, которые помогут нам найти место на диске устройства, где мы собираемся сохранить массив из 10 000 случайных чисел:

– (NSString *) fileLocation{

/* Получаем каталог (-и) документа. */

NSArray *folders =

NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory,

NSUserDomainMask,

YES);

/* Мы что-нибудь нашли? */

if ([folders count] == 0){

return nil;

}

/* Получаем первый каталог. */

NSString *documentsFolder = [folders objectAtIndex:0];

/* Прикрепляем имя файла к концу пути документа. */

return [documentsFolder

stringByAppendingPathComponent:@"list.txt"];

}

– (BOOL) hasFileAlreadyBeenCreated{

BOOL result = NO;

NSFileManager *fileManager = [[NSFileManager alloc] init];

if ([fileManager fileExistsAtPath: [self fileLocation]]){

result = YES;

}

return result;

}

А вот теперь очень важный нюанс. Мы хотим сохранить на диске массив из 10 000 случайных чисел, если, и только если мы не создавали такой массив на диске раньше. В противном случае мы сразу загрузим массив с диска. Если же прежде мы не создавали этот массив на диске, то сначала создадим его, а потом перейдем к загрузке массива с диска. В итоге, если считывание массива с диска пройдет успешно, мы отсортируем этот массив в порядке возрастания и, наконец, отобразим результаты для пользователя в графическом интерфейсе. Реализацию отображения результатов пользователю оставляю вам для самостоятельной работы.

– (void) viewDidAppear:(BOOL)paramAnimated{

[super viewDidAppear: paramAnimated];

dispatch_queue_t concurrentQueue =

dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

/* Если мы еще не отсортировали массив из 10 000 случайных чисел

на диске ранее, сгенерируем эти числа сейчас, а потом сохраним

их на диск в массиве. */

dispatch_async(concurrentQueue, ^{

NSUInteger numberOfValuesRequired = 10000;

if ([self hasFileAlreadyBeenCreated] == NO){

dispatch_sync(concurrentQueue, ^{

NSMutableArray *arrayOfRandomNumbers =

[[NSMutableArray alloc] initWithCapacity: numberOfValuesRequired];

NSUInteger counter = 0;

for (counter = 0;

counter < numberOfValuesRequired;

counter++){

unsigned int randomNumber =

arc4random() % ((unsigned int)RAND_MAX + 1);

[arrayOfRandomNumbers addObject:

[NSNumber numberWithUnsignedInt: randomNumber]];

}

/* Теперь записываем массив на диск. */

[arrayOfRandomNumbers writeToFile: [self fileLocation]

atomically: YES];

});

}

__block NSMutableArray *randomNumbers = nil;

/* Считываем числа с диска и сортируем их в порядке возрастания. */

dispatch_sync(concurrentQueue, ^{

/* Если файл на данный момент уже создан, занимаемся его считыванием. */

if ([self hasFileAlreadyBeenCreated]){

randomNumbers = [[NSMutableArray alloc]

initWithContentsOfFile: [self fileLocation]];

/* Теперь сортируем числа. */

[randomNumbers sortUsingComparator:

^NSComparisonResult(id obj1, id obj2) {

NSNumber *number1 = (NSNumber *)obj1;

NSNumber *number2 = (NSNumber *)obj2;

return [number1 compare: number2];

}];

}

});

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

if ([randomNumbers count] > 0){

/* Обновляем пользовательский интерфейс, задействуя числа

из массива randomNumbers. */

}

});

});

}

Функционал GCD далеко не ограничивается синхронным или асинхронным выполнением блоков кода или функций. В разделе 7.9 вы научитесь группировать блоковые объекты и готовить их к выполнению в диспетчерской очереди. Кроме того, рекомендую вам изучить разделы 7.7. и 7.8, где говорится о прочих функциях, которые предоставляются программисту в GCD.