避免使用 GCD Global队列创建Runloop常驻线程
本文对应 Demo 以及 Markdown 文件在仓库中，文中的错误可以提 PR 到这个文件，我会及时更改。
目录
GCD Global队列创建线程进行耗时操作的风险
先思考下如下几个问题：
- 新建线程的方式有哪些？各自的优缺点是什么？
- dispatch_async 函数分发到全局队列一定会新建线程执行任务么？
- 如果全局队列对应的线程池如果满了，后续的派发的任务会怎么处置？有什么风险？
答案大致是这样的：dispatch_async 函数分发到全局队列不一定会新建线程执行任务，全局队列底层有一个的线程池，如果线程池满了，那么后续的任务会被 block 住，等待前面的任务执行完成，才会继续执行。如果线程池中的线程长时间不结束，后续堆积的任务会越来越多，此时就会存在 APP crash的风险。
比如：
- (void)dispatchTest1 {
for (NSInteger i = 0; i< 10000 ; i++) {
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[self dispatchTask:i];
});
}
}
- (void)dispatchTask:(NSInteger)index {
//模拟耗时操作，比如DB,网络，文件读写等等
sleep(30);
NSLog(@"----:%ld",index);
}
以上逻辑用真机测试会有卡死的几率，并非每次都会发生，但多尝试几次就会复现，伴随前后台切换，crash几率增大。
下面做一下分析：
参看 GCD 源码我们可以看到全局队列的相关源码如下：
DISPATCH_NOINLINE
static void
_dispatch_queue_wakeup_global_slow(dispatch_queue_t dq, unsigned int n)
{
dispatch_root_queue_context_t qc = dq->do_ctxt;
uint32_t i = n;
int r;
_dispatch_debug_root_queue(dq, __func__);
dispatch_once_f(&_dispatch_root_queues_pred, NULL,
_dispatch_root_queues_init);
#if HAVE_PTHREAD_WORKQUEUES
#if DISPATCH_USE_PTHREAD_POOL
if (qc->dgq_kworkqueue != (void*)(~0ul))
#endif
{
_dispatch_root_queue_debug("requesting new worker thread for global "
"queue: %p", dq);
#if DISPATCH_USE_LEGACY_WORKQUEUE_FALLBACK
if (qc->dgq_kworkqueue) {
pthread_workitem_handle_t wh;
unsigned int gen_cnt;
do {
r = pthread_workqueue_additem_np(qc->dgq_kworkqueue,
_dispatch_worker_thread4, dq, &wh, &gen_cnt);
(void)dispatch_assume_zero(r);
} while (--i);
return;
}
#endif // DISPATCH_USE_LEGACY_WORKQUEUE_FALLBACK
#if HAVE_PTHREAD_WORKQUEUE_SETDISPATCH_NP
if (!dq->dq_priority) {
r = pthread_workqueue_addthreads_np(qc->dgq_wq_priority,
qc->dgq_wq_options, (int)i);
(void)dispatch_assume_zero(r);
return;
}
#endif
#if HAVE_PTHREAD_WORKQUEUE_QOS
r = _pthread_workqueue_addthreads((int)i, dq->dq_priority);
(void)dispatch_assume_zero(r);
#endif
return;
}
#endif // HAVE_PTHREAD_WORKQUEUES
#if DISPATCH_USE_PTHREAD_POOL
dispatch_pthread_root_queue_context_t pqc = qc->dgq_ctxt;
if (fastpath(pqc->dpq_thread_mediator.do_vtable)) {
while (dispatch_semaphore_signal(&pqc->dpq_thread_mediator)) {
if (!--i) {
return;
}
}
}
uint32_t j, t_count;
// seq_cst with atomic store to tail <rdar://problem/16932833>
t_count = dispatch_atomic_load2o(qc, dgq_thread_pool_size, seq_cst);
do {
if (!t_count) {
_dispatch_root_queue_debug("pthread pool is full for root queue: "
"%p", dq);
return;
}
j = i > t_count ? t_count : i;
} while (!dispatch_atomic_cmpxchgvw2o(qc, dgq_thread_pool_size, t_count,
t_count - j, &t_count, acquire));
pthread_attr_t *attr = &pqc->dpq_thread_attr;
pthread_t tid, *pthr = &tid;
#if DISPATCH_ENABLE_PTHREAD_ROOT_QUEUES
if (slowpath(dq == &_dispatch_mgr_root_queue)) {
pthr = _dispatch_mgr_root_queue_init();
}
#endif
do {
_dispatch_retain(dq);
while ((r = pthread_create(pthr, attr, _dispatch_worker_thread, dq))) {
if (r != EAGAIN) {
(void)dispatch_assume_zero(r);
}
_dispatch_temporary_resource_shortage();
}
} while (--j);
#endif // DISPATCH_USE_PTHREAD_POOL
}
对于执行的任务来说，所执行的线程具体是哪个线程，则是通过 GCD 的线程池（Thread Pool）来进行调度，正如Concurrent Programming: APIs and Challenges文章里给的示意图所示：
上面贴的源码，我们关注如下的部分：
其中有一个用来记录线程池大小的字段 dgq_thread_pool_size。这个字段标记着GCD线程池的大小。摘录上面源码的一部分：
uint32_t j, t_count;
// seq_cst with atomic store to tail <rdar://problem/16932833>
t_count = dispatch_atomic_load2o(qc, dgq_thread_pool_size, seq_cst);
do {
if (!t_count) {
_dispatch_root_queue_debug("pthread pool is full for root queue: "
"%p", dq);
return;
}
j = i > t_count ? t_count : i;
} while (!dispatch_atomic_cmpxchgvw2o(qc, dgq_thread_pool_size, t_count,
t_count - j, &t_count, acquire));
从源码中我们可以对应到官方文档 ：Getting the Global Concurrent Dispatch Queues里的说法：
A concurrent dispatch queue is useful when you have multiple tasks that can run in parallel. A concurrent queue is still a queue in that it dequeues tasks in a first-in, first-out order; however, a concurrent queue may dequeue additional tasks before any previous tasks finish. The actual number of tasks executed by a concurrent queue at any given moment is variable and can change dynamically as conditions in your application change. Many factors affect the number of tasks executed by the concurrent queues, including the number of available cores, the amount of work being done by other processes, and the number and priority of tasks in other serial dispatch queues.
也就是说：
全局队列的底层是一个线程池，向全局队列中提交的 block，都会被放到这个线程池中执行，如果线程池已满，后续再提交 block 就不会再重新创建线程。这就是为什么 Demo 会造成卡顿甚至冻屏的原因。
避免使用 GCD Global 队列创建 Runloop 常驻线程
在做网路请求时我们常常创建一个 Runloop 常驻线程用来接收、响应后续的服务端回执，比如NSURLConnection、AFNetworking等等，我们可以称这种线程为 Runloop 常驻线程。
正如上文所述，用 GCD Global 队列创建线程进行耗时操作是存在风险的。那么我们可以试想下，如果这个耗时操作变成了 runloop 常驻线程，会是什么结果？下面做一下分析：
先介绍下 Runloop 常驻线程的原理，在开发中一般有两种用法：
- 单一 Runloop 常驻线程：在 APP 的生命周期中开启了唯一的常驻线程来进行网络请求，常用于网络库，或者有维持长连接需求的库，比如： AFNetworking 、 SocketRocket。
- 多个 Runloop 常驻线程：每进行一次网络请求就开启一条 Runloop 常驻线程，这条线程的生命周期的起点是网络请求开始，终点是网络请求结束，或者网络请求超时。
单一 Runloop 常驻线程
先说第一种用法：
以 AFNetworking 为例，AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
@autoreleasepool {
[[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[runLoop run];
}
}
+ (NSThread *)networkRequestThread {
static NSThread *_networkRequestThread = nil;
static dispatch_once_t oncePredicate;
dispatch_once(&oncePredicate, ^{
_networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
[_networkRequestThread start];
});
return _networkRequestThread;
}
多个 Runloop 常驻线程
第二种用法，我写了一个小 Demo 来模拟这种场景，
我们模拟了一个场景：假设所有的网络请求全部超时，或者服务端根本不响应，然后网络库超时检测机制的做法：
#import "Foo.h"
@interface Foo() {
NSRunLoop *_runloop;
NSTimer *_timeoutTimer;
NSTimeInterval _timeoutInterval;
dispatch_semaphore_t _sem;
}
@end
@implementation Foo
- (instancetype)init {
if (!(self = [super init])) {
return nil;
}
_timeoutInterval = 1 ;
_sem = dispatch_semaphore_create(0);
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
return self;
}
- (id)test {
// 第一种方式：
// NSThread *networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint0:) object:nil];
// [networkRequestThread start];
//第二种方式:
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^(void) {
[self networkRequestThreadEntryPoint0:nil];
});
dispatch_semaphore_wait(_sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
return @(YES);
}
- (void)networkRequestThreadEntryPoint0:(id)__unused object {
@autoreleasepool {
[[NSThread currentThread] setName:@"CYLTest"];
_runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[_runloop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
_timeoutTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(stopLoop) userInfo:nil repeats:NO];
[_runloop addTimer:_timeoutTimer forMode:NSRunLoopCommonModes];
[_runloop run];//在实际开发中最好使用这种方式来确保能runloop退出，做双重的保障[runloop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:(timeoutInterval+5)]];
}
}
- (void)stopLoop {
CFRunLoopStop([_runloop getCFRunLoop]);
dispatch_semaphore_signal(_sem);
}
@end
如果
for (int i = 0; i < 300 ; i++) {
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^(void) {
[[Foo new] test];
NSLog(@"🔴类名与方法名：%@（在第%@行），描述：%@", @(__PRETTY_FUNCTION__), @(__LINE__), @"");
});
}
以上逻辑用真机测试会有卡死的几率，并非每次都会发生，但多尝试几次就会复现，伴随前后台切换，crash几率增大。
其中我们采用了 GCD 全局队列的方式来创建常驻线程，因为在创建时可能已经出现了全局队列的线程池满了的情况，所以 GCD 派发的任务，无法执行，而且我们把超时检测的逻辑放进了这个任务中，所以导致的情况就是，有很多任务的超时检测功能失效了。此时就只能依赖于服务端响应来结束该任务（服务端响应能结束该任务的逻辑在 Demo 中未给出），但是如果再加之服务端不响应，那么任务就永远不会结束。后续的网络请求也会就此 block 住，造成 crash。
如果我们把 GCD 全局队列换成 NSThread 的方式，那么就可以保证每次都会创建新的线程。
注意：文章中只演示的是超时 cancel runloop 的操作，实际项目中一定有其他主动 cancel runloop 的操作，就比如网络请求成功或失败后需要进行cancel操作。代码中没有展示网络请求成功或失败后的 cancel 操作。
Demo 的这种模拟可能比较极端，但是如果你维护的是一个像 AFNetworking 这样的一个网络库，你会放心把创建常驻线程这样的操作交给 GCD 全局队列吗？因为整个 APP 是在共享一个全局队列的线程池，那么如果 APP 把线程池沾满了，甚至线程池长时间占满且不结束，那么 AFNetworking 就自然不能再执行任务了，所以我们看到，即使是只会创建一条常驻线程， AFNetworking 依然采用了 NSThread 的方式而非 GCD 全局队列这种方式。
注释：以下方法存在于老版本AFN 2.x 中。
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
@autoreleasepool {
[[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[runLoop run];
}
}
+ (NSThread *)networkRequestThread {
static NSThread *_networkRequestThread = nil;
static dispatch_once_t oncePredicate;
dispatch_once(&oncePredicate, ^{
_networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
[_networkRequestThread start];
});
return _networkRequestThread;
}
正如你所看到的，没有任何一个库会用 GCD 全局队列来创建常驻线程，而你也应该
避免使用 GCD Global 队列来创建 Runloop 常驻线程。
网友评论
NSRunloop有两个run系列方法
1.runMode:beforeDate: 方法只跑一次，收到事件响应则返回
2.run 方法无限while循环
他们有局限性：
1.这两者其实都受到系统的影响：
Manually removing all known input sources and timers from the run loop does not guarantee that the run loop will exit immediately. macOS may install and remove additional input sources as needed to process requests targeted at the receiver’s thread. Those sources could therefore prevent the run loop from exiting.
因为有系统的输入源，所以即使手动清除了自己添加的所有input sources（从上下文看就是您使用的MachPort）也不一定能保证能让Runloop停下来。
2.run方法本质就是runMode:beforeDate: 方法的while循环。其除了有第一点所阐述的问题之外，还有个问题就是停不下来：
If you want the run loop to terminate, you shouldn't use this method. Instead, use one of the other run methods and also check other arbitrary conditions of your own, in a loop.
所以，示例代码里面就有了一段尴尬却重要的注释：
[_runloop run];//在实际开发中最好使用这种方式来确保能runloop退出，做双重的保障[runloop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:(timeoutInterval+5)]];
代码中不得不用一个缺乏可控性和灵活性的terminated date来作为停下runloop的救命稻草
综合上述，且不说有没有系统的输入源加入，即使是示例代码中也没有包含清除输入源MachPort的逻辑。因此我们知道，大家需要的事实上是一个简单的Stop方法就可以停下的Runloop。
所以，我推荐的是CFRunloop，也就是CoreFoundation里的Runloop，其也是NSRunloop的内部原型。所以CFRunloop非常灵活：
The current thread’s run loop runs in the default mode (see Default Run Loop Mode) until the run loop is stopped with CFRunLoopStop or all the sources and timers are removed from the default run loop mode.
由此可见，其满足了我们一个run开跑，一个stop停下的个性化要求。
CFRUNloop 直接调用就CFRunLoopStop()就行了