iOS源码解析：多线程<一>

作者: 雪山飞狐_91ae | 来源:发表于2018-09-27 15:37 被阅读175次

iOS开发中经常要使用到多线程，在面试的时候也是经常问到，比较常见的面试题有下面这些：

iOS的多线程方案有哪几种？你更倾向于哪一种？
GCD的队列类型。
说一下OperationQueue和GCD的区别，以及各自的优势。
线程安全的处理手段有哪些？
OC你了解的锁有哪些？在此基础上进行二次提问“
1.自旋和互斥对比
2.使用以上锁需要注意哪些？
3.用C/OC/C++，任选其一，实现自旋或互斥。
下面就带着这些问题，来总结一下多线程的相关问题。

iOS中的常见多线程方案

技术方案	简介	语言	线程声明周期	使用频率
pthread	一套通用的多线程API，适用于Unix\Linux\windows等系统，跨平台，可移植，使用难度大	C	程序员管理	几乎不用
NSThread	使用更加面向对象，简单易用，可直接操作线程对象	OC	程序员管理	偶尔使用
GCD	旨在替代NSThread等线程技术，充分利用设备的多核	C	自动管理	经常使用
NSOperation	基于GCD，比GCD多了一些更简单实用的功能，使用更加面向对象	OC	自动管理	经常使用

GCD基础回顾

GCD中有两个用来执行任务的函数：

用同步的方式执行任务
即在当前线程中去做事情

dispatch_sync(dispatch_queue_t  _Nonnull queue, ^{})

用异步的方式执行任务
即另外开线程去做事情

dispatch_async(dispatch_queue_t  _Nonnull queue, ^{})

并发队列：
可以让多个任务同时执行(自动开启多个线程同时执行任务)
并发功能只有在异步函数下才有效
串行队列：
让任务一个接着一个的执行(只会开启一条线程，一个任务执行完毕后，再执行下一个任务)

同步，异步，串行，并行

同步和异步的主要影响：能不能开启新的线程
同步：在当前线程中执行任务，不具备开启新线程的能力
异步：在新的线程中执行任务。具备开启新线程的能力
并发和和串行的主要影响：任务的执行方法
并发：多个任务同时执行(会开启多条线程)
串行：一个任务执行完毕后，再执行下一个任务(只会开启一个线程)

下面是各种队列的执行效果：

	并发队列	手动创建的串行队列	主队列
同步(sync)	没有开启新线程，串行执行任务	没有开启新线程，串行执行任务	没有开启新线程，串行执行任务
异步(async)	有开启新线程，并发执行任务	有开启新线程，串行执行任务	没有开启新线程，串行执行任务

GCD中死锁的问题

面试题一：以下代码在主线程中执行，是否会产生死锁？

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    //问题：以下代码在主线程中执行，会不会产生死锁？
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"执行任务2");
    });
    
    NSLog(@"执行任务3");
}

我们运行代码，发现产生了崩溃，说明产生了死锁。下面来分析一下为什么会产生死锁：
我们知道，dispatch_sync()是同步执行，不会开辟新线程，并且要dispatch_sync()的block执行完了才会继续往下执行，所以任务2是加入到了主队列中。主队列是串行队列，，所以会串行执行加入其中的任务，等一个任务执行完了再执行另外一个，在任务2加入主队列之前，viewDidLoad这个大任务已经加入了主队列，所以任务2要等ViewDIdLoad执行完，才会执行任务2，也就是等到任务3执行完，才会执行任务2，但是由于任务3在任务2后面，所以要等到任务2执行完了，才执行任务3。这样就造成了任务2等任务3，任务3等任务2，造成死锁。
面试题二：以下代码是否会发生死锁：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    //问题：以下代码在主线程中执行，会不会产生死锁？
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"执行任务2");
    });
    
    //
    
    NSLog(@"执行任务3");
}

运行程序，发现程序并没有崩溃，并且产生打印：

2018-09-25 21:02:04.155692+0800 TEST[2610:87716] 执行任务3
2018-09-25 21:02:04.168868+0800 TEST[2610:87716] 执行任务2

为什么把同步改成异步，就不死锁了呢？我们分析一下，由于队列是主队列，一定是把任务2加到主队列中，并且在此之前viewDidLoad的任务已经加入到了主队列中，所以要viewDidLoad执行完了才能执行任务2，由于dispatch_async()是异步执行，所以不用等到任务2执行完了再执行任务3，可以直接执行任务3，任务3执行完了，viewDidLoad也就执行完了，也就可以执行任务2了，所以打印的结果一定是先执行任务3再执行任务2。
面试题3：以下代码是否会发生死锁：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    //问题：以下代码在主线程中执行，会不会产生死锁？
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{//1
        NSLog(@"执行任务2");
        
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"执行任务3");
        });
        
        NSLog(@"执行任务4");
    });
    
        NSLog(@"执行任务3");
}

运行代码，发现在dispatch_sync这里产生了崩溃，打印结果如下：

2018-09-25 21:15:47.637042+0800 TEST[2816:95982] 执行任务3
2018-09-25 21:15:47.637048+0800 TEST[2816:96030] 执行任务2

下面分析一下为什么会产生死锁：
dispatch_async是异步执行，所以先打印了执行任务3，然后把1这个block加入了串行队列中，这时串行队列中有1这个block，然后又向串行队列中加入了任务3，任务3需要同步执行，所以任务3执行完了才会执行任务4，由于串行队列中1这个block排在任务3前面，所以要1这个block完成才会执行任务3，也就是要任务4执行完了才会执行任务3，而任务4又要等到任务3执行完成，这样互相等待，造成死锁。

总结

造成死锁的条件1是同步，2是往当前的串行队列中添加事件。

直接获取全局队列和手动创建队列的关系

看下面一段代码：

    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_queue_t queue3 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0);
    dispatch_queue_t queue4 = dispatch_queue_create("muqueue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_queue_t queue5 = dispatch_queue_create("muqueue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    NSLog(@"%p, %p, %p, %p, %p", queue1, queue2, queue3, queue4, queue5);

打印结果：

0x1062e2500, 0x1062e2500, 0x1062e2680, 0x600000146bf0, 0x600000146ca0

queue1，queue2，queue3是直接获取的全局队列，从打印结果可以看出，如果优先级相同，则获取的是同一个队列，如果优先级不同，则获取的是不同的队列。queue4，queue5是手动创建的队列，即便它们的identifier相同，但是仍然创建了不同的队列。

面试题

面试题一：问下列代码的打印结果：

    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

    dispatch_async(queue1, ^{
        NSLog(@"1");
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];
        NSLog(@"3");
    });

- (void)test{
    
    NSLog(@"2");
}

我们先看一下打印结果：

1
3

很奇怪，2压根就没有打印，也就是压根就没有执行test方法，这是为什么呢？
我们把

[self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];

改成

[self performSelector:@selector(test) withObject:nil];

看看打印结果：

1
2
3

说明这样是能成功执行test函数的，我们在runtime中找一下- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;的源码：

- (id)performSelector:(SEL)sel withObject:(id)obj {
    if (!sel) [self doesNotRecognizeSelector:sel];
    return ((id(*)(id, SEL, id))objc_msgSend)(self, sel, obj);
}

可以看到，就是简单的调用objc_msgSend()。但是在runtime的源码中却没有找到- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;的实现。

我们再修改一下代码，让其直接在主线程中执行：

        NSLog(@"1");
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];
        NSLog(@"3");

打印结果：

1
2
3

那么就有理由猜测NSLog(@"1"); [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0]; NSLog(@"3");的执行和线程有关。
[self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];这句代码的本质是往runloop中去添加一个NSTimer，由于主线程中有runloop，所以可以正常执行，但是在子线程中默认是没有启动runloop的，所以NSTimer也就没有办法成功执行。

我们可以启动子线程中的runloop试一下：

    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

    dispatch_async(queue1, ^{
        NSLog(@"1");
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:.0];
        NSLog(@"3");
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
    });

打印结果：

1
3
2

GNUstep

Foundation框架是不开源的，所以我们想看其中的源码是看不到的。GNUstep是GNU计划的项目之一，它将Cocoa的OC库重新开源实现了一遍，虽然它不是苹果官方的完整实现，但是和官方的实现十分接近，区别不大，在学习的时候我们可以用来作为参考。
源码地址：http://www.gnustep.org/resources/downloads.php

我们下载了GNUstep的代码后，打开找到Foundation文件夹，在这个文件夹下找到NSRunLoop.m这个文件，在这个文件中找到- (void) performSelector: (SEL)aSelector withObject: (id)argument afterDelay: (NSTimeInterval)seconds这个方法的实现：

- (void) performSelector: (SEL)aSelector
          withObject: (id)argument
          afterDelay: (NSTimeInterval)seconds
{
  NSRunLoop     *loop = [NSRunLoop currentRunLoop];
  GSTimedPerformer  *item;

  item = [[GSTimedPerformer alloc] initWithSelector: aSelector
                         target: self
                       argument: argument
                          delay: seconds];
  [[loop _timedPerformers] addObject: item];
  RELEASE(item);
  [loop addTimer: item->timer forMode: NSDefaultRunLoopMode];
}

GCD队列组

思考：如何用gcd实现以下功能：
异步并发执行任务1，任务2
等任务1，任务2都执行完毕后，再回到主线程执行任务3
我们可以用dispatch_group_t和dispatch_group_notify来完成这个功能：

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务1-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务2-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务3-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });

如果需要在任务1和任务2完成之后再完成任务3，任务4，可以这样：

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务1-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务2-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务3-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });
    
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            NSLog(@"任务4-%@", [NSThread currentThread]);
        }
    });

iOS源码解析：多线程<一>

iOS中的常见多线程方案

GCD基础回顾

同步，异步，串行，并行

下面是各种队列的执行效果：

GCD中死锁的问题

总结

直接获取全局队列和手动创建队列的关系

面试题

GNUstep

GCD队列组

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