iOS之武功秘籍⑬: 多线程原理与GCD和NSOperation

iOS之武功秘籍 文章汇总

写在前面

多线程在iOS中有着举足轻重的地位，那么本篇文章就来带你全面走进她.....

本节可能用到的秘籍Demo

一、基本概念及原理

① 线程、进程与队列

①.1 线程的定义

• 线程是进程的基本执行单元，一个进程的所有任务都在线程中执行
• 进程想要执行任务，必须得有线程，进程至少要有一条线程
• 程序启动会默认开启一条线程，这条线程被成为主线程或UI线程

①.2 进程的定义

• 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序，如微信、支付宝app都是一个进程
• 每个进程之间是独立的，每个进程均运行在其专用的且受保护的内存空间内
• 通过“活动监视器”可以查看mac系统中所开启的线程

所以，可以简单的理解为：进程是线程的容器，而线程用来执行任务.在iOS中是单进程开发，一个进程就是一个app，进程之间是相互独立的，如支付宝、微信、qq等，这些都是属于不同的进程.

①.3 进程与线程的关系和区别

• 地址空间：同一进程的线程共享本进程的地址空间，而进程之间则是独立的地址空间
• 资源拥有：同一进程内的线程共享本进程的资源如内存、I/O、cpu等，但是进程之间的资源是独立的
• 两个之间的关系就相当于工厂与流水线的关系，工厂与工厂之间是相互独立的，而工厂中的流水线是共享工厂的资源的，即进程相当于一个工厂，线程相当于工厂中的一条流水线
• 一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉，所以多进程要比多线程健壮
• 进程切换时，消耗的资源大、效率高.所以设计到频繁的切换时，使用线程要好于进程.同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程而不能用进程
• 执行过程：每个独立的进程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口.但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制
• 线程是处理器调度的基本单位，但进程不是
• 线程没有地址空间,线程包含在进程地址空间中

可能会觉得这些理论知识很抽象，百度出来一大堆但是都不好理解，看完下面的理解就全明白了

①.4 进程与线程的关系图

可以把iOS系统想象成商场，进程则是商场中的店铺，线程是店铺雇佣的员工：

• 进程之间的相互独立
  • 奶茶店看不到果汁店的账目（访问不了别的进程的内存）
  • 果汁店用不了奶茶店的波霸（进程之间的资源是独立的）
• 进程至少要有一条线程
  • 店铺至少要有一个员工（进程至少有一个线程）
  • 早上开店门的员工（相当于主线程）
• 进程/线程崩溃的情况
  • 奶茶店倒闭了并不会牵连果汁店倒闭（进程崩溃不会对其他进程产生影响）
  • 奶茶店的收银员不干了会导致奶茶店无法正常运作（线程崩溃导致进程瘫痪）

移动开发不一定是单进程处理的，android就是多进程处理的；而iOS采用沙盒机制，这也是苹果运行能够流畅安全的一个主要原因

①.5 线程和runloop的关系

• runloop与线程是一一对应的 —— 一个runloop对应一个核心的线程，为什么说是核心的，是因为runloop是可以嵌套的，但是核心的只能有一个，他们的关系保存在一个全局的字典里
• runloop是来管理线程的 —— 当线程的runloop被开启后，线程会在执行完任务后进入休眠状态，有了任务就会被唤醒去执行任务
• runloop在第一次获取时被创建，在线程结束时被销毁
  • 对于主线程来说，runloop在程序一启动就默认创建好了
  • 对于子线程来说，runloop是懒加载的 —— 只有当我们使用的时候才会创建，所以在子线程用定时器要注意：确保子线程的runloop被创建，不然定时器不会回调

①.6 影响任务执行速度的因素

以下因素都会对任务的执行速度造成影响：

• cpu的调度
• 线程的执行速率
• 队列情况
• 任务执行的复杂度
• 任务的优先级

② 多线程

②.1 多线程原理

• 对于单核CPU，同一时间，CPU只能处理一条线程，即只有一条线程在工作（执行）
• iOS中的多线程同时执行的本质是 CPU在多个任务之间进行快速的切换，由于CPU调度线程的时间足够快，就造成了多线程的“同时”执行的效果.其中切换的时间间隔就是时间片

②.2 多线程意义

优点

• 能适当提高程序的执行效率
• 能适当提高资源的利用率（CPU、内存）
• 线程上的任务执行完成后，线程会自动销毁

缺点

• 开启线程需要占用一定的内存空间（默认情况下，每一个线程都占512KB，创建线程大约需要90毫秒的创建时间）
• 如果开启大量的线程，会占用大量的内存空间，降低程序的性能
• 线程越多，CPU在调用线程上的开销就越大
• 程序设计更加复杂，比如线程间的通信、多线程的数据共享

②.3 多线程生命周期

多线程的生命周期主要分为5部分：新建 - 就绪 - 运行 - 阻塞 - 死亡，如下图所示

• 新建：主要是实例化线程对象
• 就绪：线程对象调用start方法，将线程对象加入可调度线程池，等待CPU的调用，即调用start方法，并不会立即执行，进入就绪状态，需要等待一段时间，经CPU调度后才执行，也就是从就绪状态进入运行状态
• 运行：CPU 负责调度可调度线程池中线程的执行.在线程执行完成之前，其状态可能会在就绪和运行之间来回切换.就绪和运行之间的状态变化由CPU负责，程序员不能干预.
• 阻塞：当满足某个预定条件时，可以使用休眠或锁，阻塞线程执行.sleepForTimeInterval（休眠指定时长），sleepUntilDate（休眠到指定日期），@synchronized(self)：（互斥锁）
• 死亡：分为两种情况:正常死亡，即线程执行完毕. 非正常死亡，即当满足某个条件后，在线程内部（或者主线程中）终止执行（调用exit方法等退出）

简要说明，就是处于运行中的线程拥有一段可以执行的时间（称为时间片）

• 如果时间片用尽，线程就会进入就绪状态队列
• 如果时间片没有用尽，且需要开始等待某事件，就会进入阻塞状态队列
• 等待事件发生后，线程又会重新进入就绪状态队列
• 每当一个线程离开运行，即执行完毕或者强制退出后，会重新从就绪状态队列中选择一个线程继续执行

线程的exit和cancel说明

• exit：一旦强行终止线程，后续的所有代码都不会执行
• cancel：取消当前线程，但是不能取消正在执行的线程

那么是不是线程的优先级越高，意味着任务的执行越快？
并不是，线程执行的快慢，除了要看优先级，还需要查看资源的大小（即任务的复杂度）、以及 CPU 调度情况.在NSThread中，线程优先级threadPriority已经被服务质量qualityOfService取代，以下是相关的枚举值

②.4 线程池的原理

• 【第一步】判断核心线程池是否都正在执行任务

  • 返回NO，创建新的工作线程去执行
  • 返回YES，进入【第二步】

• 【第二步】判断线程池工作队列是否已经饱满

  • 返回NO，将任务存储到工作队列，等待CPU调度
  • 返回YES，进入【第三步】

• 【第三步】判断线程池中的线程是否都处于执行状态

  • 返回NO，安排可调度线程池中空闲的线程去执行任务
  • 返回YES，进入【第四步】

• 【第四步】交给饱和策略去执行，主要有以下四种（在iOS中并没有找到以下4种策略）

  • AbortPolicy：直接抛出RejectedExecutionExeception异常来阻止系统正常运行
  • CallerRunsPolicy：将任务回退到调用者
  • DisOldestPolicy：丢掉等待最久的任务
  • DisCardPolicy：直接丢弃任务

②.5 iOS中多线程的实现方案

iOS中的多线程实现方式，主要有四种：pthread、NSThread、GCD、NSOperation，汇总如图所示

下面是以上四种方案的简单示例

C和OC的桥接
其中涉及C与OC的桥接，有以下几点说明

• __bridge只做类型转换，但是不修改对象(内存)管理权
• __bridge_retained(也可以使用CFBridgingRetain)将Objective-C的对象转换为 Core Foundation的对象，同时将对象(内存)的管理权交给我们，后续需要使用 CFRelease或者相关方法来释放对象
• __bridge_transfer(也可以使用CFBridgingRelease)将Core Foundation的对象转换为Objective-C的对象，同时将对象(内存)的管理权交给ARC

②.6 线程安全问题

当多个线程同时访问一块资源时，容易引发数据错乱和数据安全问题，有以下两种解决方案

• 互斥锁（即同步锁）：@synchronized
• 自旋锁

②.6.1 互斥锁 vs 自旋锁

互斥锁

• 保证锁内的代码，同一时间，只有一条线程能够执行!
• 互斥锁的锁定范围，应该尽量小，锁定范围越大，效率越差!
• 加了互斥锁的代码，当新线程访问时，如果发现其他线程正在执行锁定的代码，新线程就会进入休眠
• 能够加锁的任意 NSObject 对象
• 注意:锁对象一定要保证所有的线程都能够访问
• 如果代码中只有一个地方需要加锁，大多都使用 self，这样可以避免单独再创建一个锁对象

自旋锁

• 自旋锁与互斥锁类似，但它不是通过休眠使线程阻塞，而是在获取锁之前一直处于忙等（即原地打转，称为自旋）阻塞状态
• 使用场景：锁持有的时间短，且线程不希望在重新调度上花太多成本时，就需要使用自旋锁，属性修饰符atomic，本身就有一把自旋锁
• 加入了自旋锁，当新线程访问代码时，如果发现有其他线程正在锁定代码，新线程会用死循环的方法，一直等待锁定的代码执行完成，即不停的尝试执行代码，比较消耗性能

考考你: 自旋锁vs互斥锁的区别?

• 相同点：在同一时间，保证了只有一条线程执行任务，即保证了相应同步的功能

• 不同点：

  • 互斥锁：发现其他线程执行，当前线程 休眠（即就绪状态），进入等待执行，即挂起.一直等其他线程打开之后，然后唤醒执行
  • 自旋锁：发现其他线程执行，当前线程 忙等（即一直访问），处于忙等状态，耗费的性能比较高

• 使用场景：根据任务复杂度区分，使用不同的锁

  • 当前的任务状态比较短小精悍时，用自旋锁
  • 反之的，用互斥锁

②.6.2 atomic与nonatomic 的区别

atomic 和 nonatomic主要用于属性的修饰，以下是相关的一些说明

• nonatomic 非原子属性
• atomic 原子属性(线程安全)，针对多线程设计的，默认值
  • 保证同一时间只有一个线程能够写入(但是同一个时间多个线程都可以取值)
  • atomic 本身就有一把锁(自旋锁)
  • 单写多读:单个线程写入，多个线程可以读取
• atomic:线程安全，需要消耗大量的资源
• nonatomic:非线程安全，适合内存小的移动设备

iOS 开发的建议

• 所有属性都声明为 nonatomic
• 尽量避免多线程抢夺同一块资源 尽量将加锁、资源抢夺的业务逻辑交给服务器端处理，减小移动客户端的压力

②.7 线程间通讯

在Threading Programming Guide文档中，提及，线程间的通讯有以下几种方式
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• 直接消息传递: 通过performSelector的一系列方法，可以实现由某一线程指定在另外的线程上执行任务.因为任务的执行上下文是目标线程，这种方式发送的消息将会自动的被序列化
• 全局变量、共享内存块和对象: 在两个线程之间传递信息的另一种简单方法是使用全局变量，共享对象或共享内存块.尽管共享变量既快速又简单，但是它们比直接消息传递更脆弱.必须使用锁或其他同步机制仔细保护共享变量，以确保代码的正确性. 否则可能会导致竞争状况，数据损坏或崩溃。
• 条件执行: 条件是一种同步工具，可用于控制线程何时执行代码的特定部分.您可以将条件视为关守，让线程仅在满足指定条件时运行.
• Runloop sources: 一个自定义的 Runloop source 配置可以让一个线程上收到特定的应用程序消息.由于 Runloop source 是事件驱动的，因此在无事可做时，线程会自动进入睡眠状态，从而提高了线程的效率
• Ports and sockets:基于端口的通信是在两个线程之间进行通信的一种更为复杂的方法，但它也是一种非常可靠的技术.更重要的是，端口和套接字可用于与外部实体（例如其他进程和服务）进行通信.为了提高效率，使用 Runloop source 来实现端口，因此当端口上没有数据等待时，线程将进入睡眠状态.需要注意的是，端口通讯需要将端口加入到主线程的Runloop中，否则不会走到端口回调方法
• 消息队列: 传统的多处理服务定义了先进先出（FIFO）队列抽象，用于管理传入和传出数据.尽管消息队列既简单又方便，但是它们不如其他一些通信技术高效
• Cocoa 分布式对象: 分布式对象是一种 Cocoa 技术，可提供基于端口的通信的高级实.尽管可以将这种技术用于线程间通信，但是强烈建议不要这样做，因为它会产生大量开销.分布式对象更适合与其他进程进行通信，尽管在这些进程之间进行事务的开销也很高.

②.8 GCD和NSOperation的比较

• GCD和NSOperation的关系如下：

  • GCD是面向底层的C语言的API
  • NSOperation是用GCD封装构建的，是GCD的高级抽象

• GCD和NSOperation的对比如下：

  • GCD执行效率更高，而且由于队列中执行的是由block构成的任务，这是一个轻量级的数据结构 —— 写起来更加方便
  • GCD只支持FIFO的队列，而NSOpration可以设置最大并发数、设置优先级、添加依赖关系等调整执行顺序
  • NSOpration甚至可以跨队列设置依赖关系，但是GCD只能通过设置串行队列，或者在队列内添加barrier任务才能控制执行顺序，较为复杂
  • NSOperation支持KVO（面向对象）可以检测operation是否正在执行、是否结束、是否取消

二、NSthread

NSthread是苹果官方提供面向对象的线程操作技术，是对thread的上层封装，比较偏向于底层.简单方便，可以直接操作线程对象，使用频率较少.

① 创建线程

线程的创建方式主要有以下三种方式

• 通过init初始化方式创建
• 通过detachNewThreadSelector构造器方式创建
• 通过performSelector...方法创建，主要是用于获取主线程，以及后台线程
  

② 属性

③ 类方法

常用的类方法有以下几个

• currentThread：获取当前线程
• sleep...：阻塞线程
• exit：退出线程
• mainThread：获取主线程
  

三、GCD

① GCD简介

什么是GCD?
GCD全称是Grand Central Dispatch，它是纯 C 语言，并且提供了非常多强大的函数

GCD的优势：

• GCD 是苹果公司为多核的并行运算提出的解决方案
• GCD 会自动利用更多的CPU内核（比如双核、四核）
• GCD 会自动管理线程的生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）
• 程序员只需要告诉 GCD 想要执行什么任务，不需要编写任何线程管理代码

用一句话总结GCD就是：将任务添加到队列，并且指定执行任务的函数

② GCD核心

在日常开发中，GCD一般写成下面这种形式

将上述代码拆分，方便我们来理解GCD的核心,主要是由 任务 + 队列 + 函数 构成

• 使用dispatch_block_t创建任务
• 使用dispatch_queue_t创建队列
• 将任务添加到队列，并指定执行任务的函数dispatch_async

注意
这里的任务是指执行操作的意思，在使用dispatch_block_t创建任务时，主要有以下两点说明

• 任务使用block封装
• 任务的block没有参数也没有返回值

③ 函数与队列

③.1 函数

在GCD中执行任务的方式有两种，同步执行和异步执行，分别对应同步函数dispatch_sync 和 异步函数dispatch_async,两者对比如下

• 同步执行，对应同步函数dispatch_sync
  • 必须等待当前语句执行完毕，才会执行下一条语句
  • 不会开启线程，即不具备开启新线程的能力
  • 在当前线程中执行block任务
• 异步执行，对应异步函数dispatch_async
  • 不用等待当前语句执行完毕，就可以执行下一条语句
  • 会开启线程执行block任务，即具备开启新线程的能力（但并不一定开启新线程，这个与任务所指定的队列类型有关）
  • 异步是多线程的代名词

综上所述，两种执行方式的主要区别有两点：

• 是否等待队列的任务执行完毕
• 是否具备开启新线程的能力

③.2 队列

多线程中所说的队列（Dispatch Queue）是指执行任务的等待队列，即用来存放任务的队列.队列是一种特殊的线性表，遵循先进先出（FIFO）原则，即新任务总是被插入到队尾，而任务的读取从队首开始读取.每读取一个任务，则动队列中释放一个任务，如下图所示

③.2.1 串行队列 和 并发队列

在GCD中，队列主要分为串行队列（Serial Dispatch Queue） 和并发队列（Concurrent Dispatch Queue）两种，如下图所示

• 串行队列：每次只有一个任务被执行，等待上一个任务执行完毕再执行下一个，即只开启一个线程（通俗理解：同一时刻只调度一个任务执行）
  • 使用dispatch_queue_create("xxx", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);创建串行队列
  • 其中的DISPATCH_QUEUE_SERIAL也可以使用NULL表示，这两种均表示 默认的串行队列

• 并发队列：一次可以并发执行多个任务，即开启多个线程，并同时执行任务（通俗理解：同一时刻可以调度多个任务执行）
  • 使用dispatch_queue_create("xxx", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);创建并发队列
  • 注意：并发队列的并发功能只有在异步函数下才有效

③.2.2 主队列 和 全局并发队列

在GCD中，针对上述两种队列，分别提供了主队列（Main Dispatch Queue）和全局并发队列（Global Dispatch Queue）

• 主队列（Main Dispatch Queue）：GCD中提供的特殊的串行队列
  • 专门用来在主线程上调度任务的串行队列，依赖于主线程、主Runloop，在main函数调用之前自动创建
  • 不会开启线程
  • 如果当前主线程正在有任务执行，那么无论主队列中当前被添加了什么任务，都不会被调度
  • 使用dispatch_get_main_queue()获得主队列
  • 通常在返回主线程更新UI时使用

• 全局并发队列（Global Dispatch Queue）：GCD提供的默认的并发队列
• 为了方便程序员的使用，苹果提供了全局队列
• 在使用多线程开发时，如果对队列没有特殊需求，在执行异步任务时，可以直接使用全局队列
• 使用dispatch_get_global_queue获取全局并发队列，最简单的是dispatch_get_global_queue(0, 0)
  • 第一个参数表示队列优先级，默认优先级为DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT=0，在ios9之后，已经被服务质量（quality-of-service）取代
  • 第二个参数使用0

③.2.3 全局并发队列 + 主队列 配合使用

在日常开发中，全局队列+并发并列一般是这样配合使用的

③.3 函数与队列的不同组合

主队列和全局队列单独考虑，组合结果以总结表格为准

③.3.1 串行队列 + 同步函数

任务一个接一个的在当前线程执行，不会开辟新线程

③.3.2 串行队列 + 异步函数

任务一个接一个的执行，会开辟新线程

③.3.3 并发队列 + 同步函数

任务一个接一个的执行，不开辟线程

③.3.4 并发队列 + 异步函数

任务乱序执行，会开辟新线程

③.3.5 主队列 + 同步函数

任务相互等待，造成死锁

造成死锁的原因分析如下：

• 主队列有两个任务，顺序为：CJNSLog任务 - 同步block
• 执行CJNSLog任务后，执行同步Block，会将任务1（即i=1时）加入到主队列，主队列顺序为：CJNSLog任务 - 同步block - 任务1
• 任务1的执行需要等待同步block执行完毕才会执行，而同步block的执行需要等待任务1执行完毕，所以就造成了任务互相等待的情况，即造成死锁崩溃

死锁现象

• 主线程因为你同步函数的原因等着先执行任务
• 主队列等着主线程的任务执行完毕再执行自己的任务
• 主队列和主线程相互等待会造成死锁

③.3.6 主队列 + 异步函数

任务一个接一个的执行，不开辟线程

③.3.7 全局并发队列 + 同步函数

任务一个接一个的执行，不开辟新线程

③.3.8 全局并发队列 + 异步函数

任务乱序执行，会开辟新线程

③.3.9 总结

函数与队列	串行队列	并发队列	主队列	全局并发队列
同步函数	顺序执行,不开辟线程	顺序执行,不开辟线程	死锁	顺序执行,不开辟线程
异步函数	顺序执行,开辟线程	乱序执行,开辟线程	顺序执行,不开辟线程	乱序执行,开辟线程

④ dispatch_after

⑤ dispatch_once

⑥ dispatch_apply

⑦ dispatch_group_t

dispatch_group_t：调度组将任务分组执行，能监听任务组完成，并设置等待时间
应用场景：多个接口请求之后刷新页面
有以下两种使用方式

⑦.1 使用dispatch_group_async + dispatch_group_notify

dispatch_group_notify在dispatch_group_async执行结束之后会受收到通知

⑦.2 使用dispatch_group_enter + dispatch_group_leave + dispatch_group_notify

dispatch_group_enter和dispatch_group_leave成对出现，使进出组的逻辑更加清晰

调度组要注意搭配使用，必须先进组再出组，缺一不可

⑦.3 在⑦.2 的基础上使用 dispatch_group_wait

⑧ dispatch_barrier_sync & dispatch_barrier_async

栅栏函数，主要有两种使用场景：串行队列、并发队列.
应用场景：同步锁

等栅栏前追加到队列中的任务执行完毕后，再将栅栏后的任务追加到队列中.
简而言之，就是先执行栅栏前任务，再执行栅栏任务，最后执行栅栏后任务.

⑧.1 串行队列使用栅栏函数

不使用栅栏函数

使用栅栏函数

栅栏函数的作用是将队列中的任务进行分组，所以我们只要关注任务1、任务2

结论：由于串行队列异步执行任务是一个接一个执行完毕的，所以使用栅栏函数没意义

⑧.2 并发队列使用栅栏函数

不使用栅栏函数

使用栅栏函数

结论：由于并发队列异步执行任务是乱序执行完毕的，所以使用栅栏函数可以很好的控制队列内任务执行的顺序

⑧.3 dispatch_barrier_sync/dispatch_barrier_async区别

• dispatch_barrier_async：前面的任务执行完毕才会来到这里
• dispatch_barrier_sync：作用相同，但是这个会堵塞线程，影响后面的任务执行

将案例二中的dispatch_barrier_async改成dispatch_barrier_sync

结论：dispatch_barrier_async可以控制队列中任务的执行顺序，而dispatch_barrier_sync不仅阻塞了队列的执行，也阻塞了线程的执行（尽量少用）

⑧.4 栅栏函数注意点

• 1.尽量使用自定义的并发队列：
  • 使用全局队列起不到栅栏函数的作用
  • 使用全局队列时由于对全局队列造成堵塞，可能致使系统其他调用全局队列的地方也堵塞从而导致崩溃（并不是只有你在使用这个队列）
• 2.栅栏函数只能控制同一并发队列：打个比方，平时在使用AFNetworking做网络请求时为什么不能用栅栏函数起到同步锁堵塞的效果，因为AFNetworking内部有自己的队列

⑨ dispatch_semaphore_t

信号量主要用作同步锁，用于控制GCD最大并发数

• dispatch_semaphore_create()：创建信号量
• dispatch_semaphore_wait()：等待信号量，信号量减1.当信号量< 0时会阻塞当前线程，根据传入的等待时间决定接下来的操作——如果永久等待将等到信号（signal）才执行下去
• dispatch_semaphore_signal()：释放信号量，信号量加1.当信号量>= 0 会执行wait之后的代码.

下面这段代码要求使用信号量来按序输出（当然栅栏函数可以满足要求）

利用信号量的API来进行代码改写

如果当创建信号量时传入值为1又会怎么样呢？

• i=0时有可能先打印，也可能会先发出wait信号量-1，但是wait之后信号量为0不会阻塞线程，所以进入i=1
• i=1时有可能先打印，也可能会先发出wait信号量-1，但是wait之后信号量为-1阻塞线程，等待signal再执行下去
  

结论：

• 创建信号量时传入值为1时，可以通过两次才堵塞
• 传入值为2时，可以通过三次才堵塞

⑩ dispatch_source

dispatch_source_t主要用于计时操作，其原因是因为它创建的timer不依赖于RunLoop，且计时精准度比NSTimer高

⑩.1 定义及使用

dispatch_source是一种基本的数据类型，可以用来监听一些底层的系统事件

• Timer Dispatch Source：定时器事件源，用来生成周期性的通知或回调
• Signal Dispatch Source：监听信号事件源，当有UNIX信号发生时会通知
• Descriptor Dispatch Source：监听文件或socket事件源，当文件或socket数据发生变化时会通知
• Process Dispatch Source：监听进程事件源，与进程相关的事件通知
• Mach port Dispatch Source：监听Mach端口事件源
• Custom Dispatch Source：监听自定义事件源

主要使用的API：

• dispatch_source_create: 创建事件源
• dispatch_source_set_event_handler: 设置数据源回调
• dispatch_source_merge_data: 设置事件源数据
• dispatch_source_get_data： 获取事件源数据
• dispatch_resume: 继续
• dispatch_suspend: 挂起
• dispatch_cancle: 取消

⑩.2 自定义定时器

在iOS开发中一般使用NSTimer来处理定时逻辑，但NSTimer是依赖Runloop的，而Runloop可以运行在不同的模式下.如果NSTimer添加在一种模式下，当Runloop运行在其他模式下的时候，定时器就挂机了；又如果Runloop在阻塞状态，NSTimer触发时间就会推迟到下一个Runloop周.。因此NSTimer在计时上会有误差，并不是特别精确，而GCD定时器不依赖Runloop，计时精度要高很多

使用dispatch_source自定义定时器注意点：

• GCDTimer需要强持有，否则出了作用域立即释放，也就没有了事件回调
• GCDTimer默认是挂起状态，需要手动激活
• GCDTimer没有repeat，需要封装来增加标志位控制
• GCDTimer如果存在循环引用，使用weak+strong或者提前调用dispatch_source_cancel取消timer
• dispatch_resume和dispatch_suspend调用次数需要平衡
• source在挂起状态下，如果直接设置source = nil或者重新创建source都会造成crash.正确的方式是在激活状态下调用dispatch_source_cancel(source)释放当前的source

四、NSOperation

NSOperation是个抽象类，依赖于子类NSInvocationOperation、NSBlockOperation去实现

下面是开发者文档上对NSOperation的一段描述

① NSInvocationOperation

• 基本使用

  
  

• 直接处理事务，不添加隐性队列

  
  

• 接下来就会引申出下面一段错误使用代码

  
  

上述代码之所以会崩溃，是因为线程生命周期：

• queue addOperation:op已经将处理事务的操作任务加入到队列中，并让线程运行
• op start将已经运行的线程再次运行会造成线程混乱

② NSBlockOperation

NSInvocationOperation和NSBlockOperation两者的区别在于：

• 前者类似target形式
• 后者类似block形式——函数式编程，业务逻辑代码可读性更高
  

NSOperationQueue是异步执行的，所以任务一、任务二的完成顺序不确定

通过addExecutionBlock这个方法可以让NSBlockOperation实现多线程

③ 自定义继承自NSOperation的子类，通过实现内部相应的方法来封装任务

④ NSOperationQueue

NSOperationQueue有两种队列：主队列、其他队列.其他队列包含了 串行和并发.

• 主队列：主队列上的任务是在主线程执行的
• 其他队列（非主队列）：加入到非主队列中的任务默认就是并发，开启多线程
  例如我们在 ② NSBlockOperation 中说的那样.

⑤ 执行顺序

下列代码可以证明操作与队列的执行效果是异步并发的

⑥ 设置优先级

NSOperation设置优先级只会让CPU有更高的几率调用，不是说设置高就一定全部先完成

• 不使用sleep——高优先级的任务一先于低优先级的任务二

  

• 使用sleep进行延时——高优先级的任务一慢于低优先级的任务二

  

⑦ 设置并发数

• 在GCD中只能使用信号量来设置并发数
• 而NSOperation轻易就能设置并发数
  • 通过设置maxConcurrentOperationCount来控制单次出队列去执行的任务数
    

⑧ 添加依赖

在NSOperation中添加依赖能很好的控制任务执行的先后顺序

⑨ 线程间通讯

• 在GCD中使用异步进行网络请求，然后回到主线程刷新UI
• NSOperation中也有类似在线程间通讯的操作
  

⑩ 任务的挂起、继续、取消

但是在使用中经常会遇到一些匪夷所思的问题——明明已经挂起了任务，可还是继续执行了几个任务才停止执行

这幅图是并发量为2的情况:

• 挂起前：任务3、任务4等待被调度
• 挂起瞬间：任务3、任务4已经被调度出队列，准备执行，此时它们是无法挂起的
• 挂起后：任务3、任务4被线程执行，而原来的队列被挂起不能被调度

五、GCD底层分析

由于源码的篇幅较大、逻辑分支、宏定义较多，使得源码变得晦涩难懂，让开发者们望而却步.但如果带着疑问、有目的性的去看源码，就能减少难度，忽略无关的代码.首先提出我们要分析的几个问题：

• 队列创建
• 异步函数
• 同步函数
• 单例的原理
• 栅栏函数的原理
• 信号量的原理
• 调度组的原理

① 源码的出处

分析源码首先得获取到GCD源码，之前已经分析过objc、malloc、dyld源码，那么GCD内容是在哪份源码中呢？

这里分享一个小技巧，由于已知要研究GCD，所以有以下几种选择源码的方法

• Baidu/Google
• 下符号断点dispatch_queue_create或dispatch_async,打开汇编调式Debug->Debug Workflow->Always show Disassembly

这样子就找到了我们需要的libdispatch-1271.40.12源码

② 队列创建

通过前面的学习我们知道队列的创建是通过GCD中的dispatch_queue_create方法创建的,因此可以在源码中搜索dispatch_queue_create.
假如我们就直接搜索dispatch_queue_create的话,会出现众多的情况（66 results in 18 files），这时候就考验一个开发者阅读源码的经验了

在此,我们就要改一改搜索条件了:

• 由于创建队列代码为dispatch_queue_create("XXX", NULL)，所以搜索dispatch_queue_create( —— 将筛选结果降至（21 results in 6 files）

• 由于第一个参数为字符串，在c语言中用const修饰，所以搜索dispatch_queue_create(const —— 将筛选结果降至（2 results in 2 files）

②.1 dispatch_queue_create

常规中间层封装 —— 便于代码迭代不改变上层使用

有时候也需要注意下源码中函数中的传参：

• 此时label是上层的逆序全程域名，主要用在崩溃调试
• attr是NULL/DISPATCH_QUEUE_SERIAL、DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT，用于区分队列是异步还是同步的

#define DISPATCH_QUEUE_SERIAL NULL 串行队列的宏定义其实是个NULL

②.2 _dispatch_lane_create_with_target

• 1.通过_dispatch_queue_attr_to_info方法传入dqa（即队列类型，串行、并发等）创建dispatch_queue_attr_info_t类型的对象dqai，用于存储队列的相关属性信息

  
  • dispatch_queue_attr_info_t与isa一样，是个位域结构,用于存储队列的相关属性信息

• 2.设置队列相关联的属性，例如服务质量qos等
• 3.通过DISPATCH_VTABLE拼接队列名称，即vtable，其中DISPATCH_VTABLE是宏定义，如下所示，所以队列的类型是通过OS_dispatch_+队列类型queue_concurrent拼接而成的
  • 串行队列类型：OS_dispatch_queue_serial，验证如下

* 并发队列类型：`OS_dispatch_queue_concurrent`，验证如下![](https://img.haomeiwen.com/i2340353/ac444e89cd7608be.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

• 4.通过alloc+init初始化队列，即dq，其中在_dispatch_queue_init传参中根据dqai.dqai_concurrent的布尔值，就能判断队列是串行还是并发，而 vtable表示队列的类型，说明队列也是对象
  • 进入_dispatch_object_alloc -> _os_object_alloc_realized方法中设置了isa的指向，从这里可以验证队列也是对象的说法

* 进入`_dispatch_queue_init`方法,队列类型是`dispatch_queue_t`,并设置队列的相关属性![](https://img.haomeiwen.com/i2340353/bc9fbe87c7aea2e9.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

• 5.通过_dispatch_trace_queue_create对创建的队列进行处理，其中_dispatch_trace_queue_create是_dispatch_introspection_queue_create封装的宏定义，最后会返回处理过的_dq

* 进入`_dispatch_introspection_queue_create_hook -> dispatch_introspection_queue_get_info -> _dispatch_introspection_lane_get_info`中可以看出，与我们自定义的类还是有所区别的，`创建队列`在底层的实现是`通过模板创建`的![](https://img.haomeiwen.com/i2340353/8558202b2f11d069.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

②.3 总结

• 队列创建方法dispatch_queue_create中的参数二（即队列类型），决定了下层中 max & 1（用于区分是 串行 还是 并发），其中1表示串行
• queue 也是一个对象，也需要底层通过alloc + init 创建，并且在alloc中也有一个class，这个class是通过宏定义拼接而成，并且同时会指定isa的指向
• 创建队列在底层的处理是通过模板创建的，其类型是dispatch_introspection_queue_s结构体

dispatch_queue_create底层分析流程如下图所示

③ 异步函数

③.1 dispatch_async

主要分析两个函数

• _dispatch_continuation_init：任务包装函数
• _dispatch_continuation_async：并发处理函数
  

③.2 _dispatch_continuation_init 任务包装器

主要是包装任务，并设置线程的回程函数，相当于初始化

主要有以下几步

• 通过_dispatch_Block_copy拷贝任务
• 通过_dispatch_Block_invoke封装任务，其中_dispatch_Block_invoke是个宏定义，根据以上分析得知是异步回调

• 如果是同步的，则回调函数赋值为_dispatch_call_block_and_release
• 通过_dispatch_continuation_init_f方法将回调函数赋值，即f就是func，将其保存在属性中

③.3 _dispatch_continuation_async 并发处理

这个函数中，主要是执行block回调

• 其中的关键代码是dx_push(dqu._dq, dc, qos)，dx_push是宏定义，如下所示

• 而其中的dq_push需要根据队列的类型，执行不同的函数

在此我们通过符号断点调试执行函数

• 运行demo，通过符号断点，来判断执行的是哪个函数，由于是并发队列，通过增加_dispatch_lane_concurrent_push符号断点，看看是否会走到这里

• 运行发现，走的确实是_dispatch_lane_concurrent_push

• 进入_dispatch_lane_concurrent_push源码，发现有两步，继续通过符号断点_dispatch_continuation_redirect_push和_dispatch_lane_push调试，发现走的是_dispatch_continuation_redirect_push

• 进入_dispatch_continuation_redirect_push源码，发现又走到了dx_push，即递归了，综合前面队列创建时可知，队列也是一个对象，有父类、根类，所以会递归执行到根类的方法

• 接下来，通过根类的_dispatch_root_queue_push符号断点，来验证猜想是否正确，从运行结果看出，完全是正确的

• 进入_dispatch_root_queue_push -> _dispatch_root_queue_push_inline ->_dispatch_root_queue_poke -> _dispatch_root_queue_poke_slow源码，经过符号断点验证，确实是走的这里，查看该方法的源码实现，主要有两步操作
  • 通过_dispatch_root_queues_init方法注册回调
  • 通过do-while循环创建线程，使用pthread_create方法

③.4 _dispatch_root_queues_init

• 进入_dispatch_root_queues_init源码实现，发现是一个dispatch_once_f单例（请查看后续单例的底层分析们，这里不作说明），其中传入的func是_dispatch_root_queues_init_once
  

• 进入_dispatch_root_queues_init_once的源码，其内部不同事务的调用句柄都是_dispatch_worker_thread2

其block回调执行的调用路径为：_dispatch_root_queues_init_once ->_dispatch_worker_thread2 -> _dispatch_root_queue_drain -> _dispatch_root_queue_drain -> _dispatch_continuation_pop_inline -> _dispatch_continuation_invoke_inline -> _dispatch_client_callout -> dispatch_call_block_and_release

这个路径可以通过断点，bt打印堆栈信息得出

在这里需要说明一点的是，单例的block回调和异步函数的block回调是不同的

• 单例中，block回调中的func是_dispatch_Block_invoke(block)
• 而异步函数中，block回调中的func是dispatch_call_block_and_release

④ 总结

综上所述，异步函数的底层分析如下

• 准备工作: 首先，将异步任务拷贝并封装，并设置回调函数func
• block回调:底层通过dx_push递归，会重定向到根队列，然后通过pthread_creat创建线程，最后通过dx_invoke执行block回调（注意dx_push和 dx_invoke 是成对的）
  异步函数的底层分析流程如图所示

④ 同步函数

④.1 dispatch_sync

其底层的实现是通过栅栏函数实现的(栅栏函数的底层分析见后文)

④.2 _dispatch_sync_f

④.3 _dispatch_sync_f_inline

查看_dispatch_sync_f_inline源码，其中width = 1表示是串行队列，其中有两个重点：

• 栅栏：_dispatch_barrier_sync_f（可以通过后文的栅栏函数底层分析解释），可以得出同步函数的底层实现其实是同步栅栏函数
• 死锁：_dispatch_sync_f_slow，如果存在相互等待的情况，就会造成死锁

④.4 _dispatch_sync_f_slow 死锁

进入_dispatch_sync_f_slow，当前的主队列是挂起、阻塞的

• 往一个队列中加入任务，会push加入主队列，进入_dispatch_trace_item_push
  

• 进入__DISPATCH_WAIT_FOR_QUEUE__，判断dq是否为正在等待的队列，然后给出一个状态state，然后将dq的状态和当前任务依赖的队列进行匹配

• 进入_dq_state_drain_locked_by -> _dispatch_lock_is_locked_by源码

如果当前等待的和正在执行的是同一个队列，即判断线程ID是否相等，如果相等，则会造成死锁

同步函数 + 并发队列 顺序执行的原因
在_dispatch_sync_invoke_and_complete -> _dispatch_sync_function_invoke_inline源码中，主要有三个步骤:

• 将任务压入队列：_dispatch_thread_frame_push
• 执行任务的block回调： _dispatch_client_callout
• 将任务出队：_dispatch_thread_frame_pop

从实现中可以看出，是先将任务push队列中，然后执行block回调，在将任务pop，所以任务是顺序执行的

④.5 总结

同步函数的底层实现如下：

• 同步函数的底层实现实际是同步栅栏函数
• 同步函数中如果当前正在执行的队列和等待的是同一个队列，形成相互等待的局面，则会造成死锁

综上所述，同步函数的底层实现流程如图所示

⑤ dispatch_once 单例

在日常开发中，我们一般使用GCD的dispatch_once来创建单例，如下所示

首先对于单例，我们需要了解两点

• 执行一次的原因: 单例的流程只执行一次，底层是如何控制的，即为什么只能执行一次？
• block调用时机: 单例的block是在什么时候进行调用的？

下面带着以上两点疑问，我们来针对单例的底层进行分析

⑤.1 dispatch_once

进入dispatch_once源码实现,底层是通过dispatch_once_f实现的

• 参数1：onceToken，它是一个静态变量，由于不同位置定义的静态变量是不同的，所以静态变量具有唯一性
• 参数2：block回调
  

⑤.2 dispatch_once_f

进入dispatch_once_f源码，其中的val是外界传入的onceToken静态变量，而func是_dispatch_Block_invoke(block)，其中单例的底层主要分为以下几步

• 将val，也就是静态变量转换为dispatch_once_gate_t类型的变量l
• 通过os_atomic_load获取此时的任务的标识符v
  • 如果v等于DLOCK_ONCE_DONE，表示任务已经执行过了，直接return
  • 如果 任务执行后，加锁失败了，则走到_dispatch_once_mark_done_if_quiesced函数，再次进行存储，将标识符置为DLOCK_ONCE_DONE
  • 反之，则通过_dispatch_once_gate_tryenter尝试进入任务，即解锁，然后执行_dispatch_once_callout执行block回调
• 如果此时有任务正在执行，再次进来一个任务2，则通过_dispatch_once_wait函数让任务2进入无限次等待
  

⑤.3 _dispatch_once_gate_tryenter 解锁

查看其源码，主要是通过底层os_atomic_cmpxchg方法进行对比，如果比较没有问题，则进行加锁，即任务的标识符置为DLOCK_ONCE_UNLOCKED

⑤.4 _dispatch_once_callout 回调

进入_dispatch_once_callout源码，主要就两步

• _dispatch_client_callout：block回调执行
• _dispatch_once_gate_broadcast：进行广播
  

• 进入_dispatch_client_callout源码，主要就是执行block回调，其中的f等于_dispatch_Block_invoke(block)，即异步回调

• 进入 _dispatch_once_gate_broadcast -> _dispatch_once_mark_done源码，主要就是给dgo->dgo_once一个值，然后将任务的标识符为DLOCK_ONCE_DONE，即解锁

⑤.5 总结

针对单例的底层实现，主要说明如下：

• 单例只执行一次的原理：GCD单例中，有两个重要参数，onceToken 和 block，其中onceToken是静态变量，具有唯一性，在底层被封装成了dispatch_once_gate_t类型的变量l，l主要是用来获取底层原子封装性的关联，即变量v，通过v来查询任务的状态，如果此时v等于DLOCK_ONCE_DONE，说明任务已经处理过一次了，直接return

• block调用时机：如果此时任务没有执行过，则会在底层通过C++函数的比较，将任务进行加锁，即任务状态置为DLOCK_ONCE_UNLOCK，目的是为了保证当前任务执行的唯一性，防止在其他地方有多次定义.加锁之后进行block回调函数的执行，执行完成后，将当前任务解锁，将当前的任务状态置为DLOCK_ONCE_DONE，在下次进来时，就不会在执行，会直接返回

• 多线程影响：如果在当前任务执行期间，有其他任务进来，会进入无限次等待，原因是当前任务已经获取了锁，进行了加锁，其他任务是无法获取锁的

单例的底层流程分析如下如所示

⑥ 栅栏函数

GCD中常用的栅栏函数，主要有两种

• 同步栅栏函数dispatch_barrier_sync（在主线程中执行）：前面的任务执行完毕才会来到这里，但是同步栅栏函数会堵塞线程，影响后面的任务执行
• 异步栅栏函数dispatch_barrier_async：前面的任务执行完毕才会来到这里

栅栏函数最直接的作用就是 控制任务执行顺序，使同步执行

栅栏函数需要注意以下几点

• 栅栏函数只能控制同一并发队列
• 同步栅栏添加进入队列的时候，当前线程会被锁死，直到同步栅栏之前的任务和同步栅栏任务本身执行完毕时，当前线程才会打开然后继续执行下一句代码
• 在使用栅栏函数时,使用自定义队列才有意义
  • 如果栅栏函数中使用全局队列，运行会崩溃，原因是系统也在用全局并发队列，使用栅栏同时会拦截系统的，所以会崩溃
  • 如果将自定义并发队列改为串行队列，即serial ，串行队列本身就是有序同步 此时加栅栏，会浪费性能

⑥.1 异步栅栏函数

进入dispatch_barrier_async源码实现，其底层的实现与dispatch_async类似，这里就不再做分析了，有兴趣的可以自行探索下

⑥.2 同步栅栏函数

⑥.2.1 dispatch_barrier_sync

进入dispatch_barrier_sync源码，实现如下

⑥.2.2 _dispatch_barrier_sync_f_inline

进入_dispatch_barrier_sync_f -> _dispatch_barrier_sync_f_inline源码

主要有分为以下几部分

• 通过_dispatch_tid_self获取线程ID
• 通过_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync判断线程状态

* 进入`_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync_and_suspend`，在这里进行释放![](https://img.haomeiwen.com/i2340353/4ccaf0f24ed3b69a.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

• 通过_dispatch_sync_recurse递归查找栅栏函数的target
• 通过_dispatch_introspection_sync_begin对向前信息进行处理

• 通过_dispatch_lane_barrier_sync_invoke_and_complete执行block并释放

⑦ 信号量

信号量的作用一般是用来使任务同步执行，类似于互斥锁，用户可以根据需要控制GCD最大并发数.前面我们已经说了怎么使用了

下面我们来分析其底层原理

⑦.1 dispatch_semaphore_create 创建

该函数的底层实现如下，主要是初始化信号量，并设置GCD的最大并发数，其最大并发数必须大于0

⑦.2 dispatch_semaphore_wait 加锁

该函数的源码实现如下，其主要作用是对信号量dsema通过os_atomic_dec2o进行了--操作，其内部是执行的C++的atomic_fetch_sub_explicit方法

• 如果value >= 0，表示操作无效，即执行成功
• 如果value = LONG_MIN，系统会抛出一个crash
• 如果value < 0，则进入长等待
  

其中os_atomic_dec2o的宏定义转换如下

os_atomic_inc2o(p, f, m) 
os_atomic_sub2o(p, f, 1, m)
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, sub, -)
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, add, +)
({ _os_atomic_basetypeof(p) _v = (v), _r = \
        atomic_fetch_##o##_explicit(_os_atomic_c11_atomic(p), _v, \
        memory_order_##m); (__typeof__(_r))(_r op _v); })

将具体的值代入为

os_atomic_dec2o(dsema, dsema_value, acquire);
os_atomic_sub2o(dsema, dsema_value, 1, m)
os_atomic_sub(dsema->dsema_value, 1, m)
_os_atomic_c11_op(dsema->dsema_value, 1, m, sub, -)
_r = atomic_fetch_sub_explicit(dsema->dsema_value, 1),
等价于 dsema->dsema_value - 1

进入_dispatch_semaphore_wait_slow的源码实现，当value < 0时，根据等待事件timeout做出不同操作

⑦.3 dispatch_semaphore_signal 解锁

该函数的源码实现如下，其核心也是通过os_atomic_inc2o函数对value进行了++操作，os_atomic_inc2o内部是通过C++的atomic_fetch_add_explicit

• 如果value > 0，表示操作无效，即执行成功
• 如果value < 0，则进入长等待
  

其中os_atomic_dec2o的宏定义转换如下

os_atomic_inc2o(p, f, m) 
os_atomic_add2o(p, f, 1, m)
os_atomic_add(&(p)->f, (v), m)
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, add, +)
({ _os_atomic_basetypeof(p) _v = (v), _r = \
        atomic_fetch_##o##_explicit(_os_atomic_c11_atomic(p), _v, \
        memory_order_##m); (__typeof__(_r))(_r op _v); })

将具体的值代入为

os_atomic_inc2o(dsema, dsema_value, release);
os_atomic_add2o(dsema, dsema_value, 1, m) 
os_atomic_add(&(dsema)->dsema_value, (1), m)
_os_atomic_c11_op((dsema->dsema_value), (1), m, add, +)
_r = atomic_fetch_add_explicit(dsema->dsema_value, 1),
等价于 dsema->dsema_value + 1

⑦.4 总结

• dispatch_semaphore_create 主要就是初始化限号量
• dispatch_semaphore_wait是对信号量的value进行--，即加锁操作
• dispatch_semaphore_signal 是对信号量的value进行++，即解锁操作

综上所述，信号量相关函数的底层操作如图所示

⑧ 调度组的原理

调度组的最直接作用是控制任务执行顺序，常见方式如下

⑧.1 dispatch_group_create

• 进入dispatch_group_create源码
  主要是创建group，并设置属性，此时的group的value为0
  

• 进入_dispatch_group_create_with_count源码，其中是对group对象属性赋值，并返回group对象，其中的n等于0

⑧.2 dispatch_group_enter 进组

进入dispatch_group_enter源码，通过os_atomic_sub_orig2o对dg->dg.bits 作 --操作，对数值进行处理

⑧.3 dispatch_group_leave 出组

进入dispatch_group_leave源码,可知

• -1 到 0，即++操作
• 根据状态，do-while循环，唤醒执行block任务
• 如果0 + 1 = 1，enter-leave不平衡，即leave多次调用，会crash
  

• 进入_dispatch_group_wake源码，do-while 循环进行异步命中，调用_dispatch_continuation_async执行
  

• 进入_dispatch_continuation_async源码

这步与异步函数的block回调执行是一致的，这里不再作说明

⑧.4 dispatch_group_notify 通知

进入dispatch_group_notify源码，如果old_state等于0，就可以进行释放了

除了leave可以通过_dispatch_group_wake唤醒，其中dispatch_group_notify也是可以唤醒的

• 其中os_mpsc_push_update_tail是宏定义，用于获取dg的状态码

⑧.5 dispatch_group_async

进入dispatch_group_async 源码，主要是包装任务和异步处理任务

• 进入_dispatch_continuation_group_async源码，主要是封装了dispatch_group_enter进组操作

• 进入_dispatch_continuation_async源码，执行常规的异步函数底层操作.既然有了enter，肯定有leave，我们猜测block执行之后隐性的执行leave，通过断点调试，打印堆栈信息

  

• 搜索_dispatch_client_callout的调用，在_dispatch_continuation_with_group_invoke中

  

所以，完美的印证dispatch_group_async底层封装的是enter-leave

⑧.6 总结

• enter-leave只要成对就可以，不管远近
• dispatch_group_enter在底层是通过C++函数，对group的value进行--操作（即0 -> -1）
• dispatch_group_leave在底层是通过C++函数，对group的value进行++操作（即-1 -> 0）
• dispatch_group_notify在底层主要是判断group的state是否等于0，当等于0时，就通知
• block任务的唤醒，可以通过dispatch_group_leave，也可以通过dispatch_group_notify
• dispatch_group_async 等同于enter - leave，其底层的实现就是enter-leave

综上所述，调度组的底层分析流程如下图所示

六、相关试题解析

① 异步函数+并行队列

下面代码的输出顺序是什么？

异步函数并不会阻塞主队列，会开辟新线程执行异步任务

分析思路如下图所示，红线表示任务的执行顺序

• 主线程的任务队列为：任务1、异步block1、任务5，其中异步block1会比较耗费性能，任务1和任务5的任务复杂度是相同的，所以任务1和任务5优先于异步block1执行
• 在异步block1中，任务队列为：任务2、异步block2、任务4，其中block2相对比较耗费性能，任务2和任务4是复杂度一样，所以任务2和任务4优先于block2执行
• 最后执行block2中的任务3
• 在极端情况下，可能出现 任务2先于任务1和任务5执行，原因是出现了当前主线程卡顿或者 延迟的情况

扩展一
将并行队列 改成 串行队列，对结果没有任何影响，顺序仍然是1 5 2 4 3

扩展二
在任务5之前，休眠2s，即sleep(2)，执行的顺序为：1 2 4 3 5,原因是因为I/O的打印，相比于休眠2s，复杂度更简单，所以异步block1 会先于任务5执行.当然如果主队列堵塞，会出现其他的执行顺序

② 异步函数嵌套同步函数 + 并发队列

下面代码的输出顺序是什么？

分析如下:

• 任务1 和 任务5的分析同前面一致，执行顺序为 任务1 任务5 异步block
• 在异步block中，首先执行任务2，然后走到同步block，由于同步函数会阻塞主线程，所以任务4需要等待任务3执行完成后，才能执行，所以异步block中的执行顺序是：任务2 任务3 任务4

③ 异步函数嵌套同步函数 + 串行队列（即同步队列）

下面代码的执行顺序是什么？会出现什么情况？为什么？

分析如下图所示，红色表示任务执行顺序，黑色虚线表示等待

• 首先执行任务1，接下来是异步block，并不会阻塞主线程，相比任务5而言，复杂度更高，所以优先执行任务5，在执行异步block
• 在异步block中，先执行任务2，接下来是同步block，同步函数会阻塞线程，所以执行任务4需要等待任务3执行完成，而任务3的执行，需要等待异步block执行完成，相当于任务3等待任务4完成
• 所以就造成了任务4等待任务3，任务3等待任务4，即互相等待的局面，就会造成死锁，这里有个重点是关键的堆栈 slow

扩展一
去掉任务4，执行顺序是什么？
还是会死锁，因为任务3等待的是异步block执行完毕，而异步block等待任务3.

④ 异步函数 + 同步函数 + 并发队列

下面代码的执行顺序是什么？（答案是 AC）
A: 1230789
B: 1237890
C: 3120798
D: 2137890

分析

• 任务1 和 任务2由于是异步函数+并发队列，会开启线程，所以没有固定顺序
• 任务7、任务8、任务9同理，会开启线程，所以没有固定顺序
• 任务3是同步函数+并发队列，同步函数会阻塞主线程，但是也只会阻塞0，所以，可以确定的是 0一定在3之后，在789之前

以下是不同的执行顺序的打印

⑤ 下面代码中，队列的类型有几种？

队列总共有两种： 并发队列 和 串行队列

• 串行队列：serial、mainQueue
• 并发队列：conque、globalQueue

写在后面

和谐学习,不急不躁.我还是我,颜色不一样的烟火.