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结合GCD死锁来了解GCD

结合GCD死锁来了解GCD

作者: 顶级蜗牛 | 来源:发表于2017-04-17 13:02 被阅读47次

    1. 什么是GCD ?

    GCD,全称 Grand Central Dispatch。可翻译为”牛逼的中枢调度器”。它是纯C语言的,提供了非常多强大的函数。

    Grand是宏伟的、极重要的意思。

    GCD是提供了功能强大的任务和队列控制功能,相比于NSOperation更加底层,虽然现象苹果极力的推荐使用NSOperation来解决多线程问题, 但是,就目前市场上大部分企业的iOS开发团队而言, GCD仍然还是大头, NSOperation也只会逐步的来替代GCD, 因此在开线程的时候,如果不注意也会导致一些问题, 比如死锁。

    2.什么是GCD死锁 ?

    所谓死锁,通常指有两个线程A和B都卡住了,A在等B ,B在等A,相互等待对方完成某些操作。A不能完成是因为它在等待B完成。但B也不能完成,因为它在等待A完成。于是大家都完不成,就导致了死锁(DeadLock)。

    对于部分新手来说, 可能认为GCD死锁是很高端的操作系统层面的问题,离我很远,一般不会遇上。其实这种想法是非常错误的,因为只要简单三行代码(如果愿意,甚至写在一行就可以)就可以人为创造出死锁的情况,如:

    int main(int argc, const  char* argv []) {

                @autoreleasepool{

                         dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^(void){

                                  NSLog(@"这里死锁了");

                         });

                }

               return0;

    }

    3. 要理解GCD死锁,必须先理解GCD的几个概念:

    3.1串行与并行

    串行和并行都是相对于队列而言的

    -队列(负责调度任务)

    -串行队列:一个接一个的调度任务

    -并发队列:可以同时调度多个任务

    在使用GCD的时候,我们会把需要处理的任务放到Block中,然后将任务追加到相应的队列里面,这个队列,叫做Dispatch Queue

    队列一般存在于两种Dispatch Queue

    一种是要等待上一个执行完,再执行下一个的Serial Dispatch Queue,这叫做串行队列

    另一种,则是不需要上一个执行完,就能执行下一个的Concurrent Dispatch Queue,叫做并行队列

    这两种,均遵循FIFO原则,也就是先进先出原则。

    那么,并行队列又是怎么在执行呢?

    并行队列虽然可以同时多个任务的处理,但是并行队列的处理量,还是要根据当前系统状态来。如果当前系统状态最多处理2个任务,那么1、2会排在前面,3什么时候操作,就看1或者2谁先完成,然后3接在后面。

    串行和并行就简单说到这里,关于它们的技术点其实还有很多,可以自行了解。

    3.2 同步与异步

    串行与并行针对的是队列,而同步与异步,针对的则是线程。

    最大的区别在于,同步线程要阻塞当前线程,必须要等待同步线程中的任务执行完,返回以后,才能继续执行下一任务;而异步线程则是不用等待。

    仅凭这几句话还是很难理解,所以可以多准备几个案例,边分析边理解。

    3.3 GCD API

    GCD API很多,这里仅介绍本文用到的。

        1.系统标准提供的两个队列

    // 全局队列,一个特殊的并行队列

    dispatch_get_global_queue

    // 主队列,在主线程中运行,因为主线程只有一个,所以这是一个特殊的串行队列

    dispatch_get_main_queue

        2.除此之外,还可以自己生成队列

    // 从DISPATCH_QUEUE_SERIAL看出,这是串行队列

    dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)

    // 同理,这是一个并行队列

    dispatch_queue_create("com.demo.concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

        3.同步与异步线程的创建:

    dispatch_sync(..., ^(block))   // 同步线程

    dispatch_async(..., ^(block))   // 异步线程

    4.案例与分析

    案例一: 当同步遇到了串行

    NSLog(@"1");    // 任务1

    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{    //主队列(串行)同步执行

         NSLog(@"2");    // 任务2

    });

    NSLog(@"3");// 任务3

    控制台输出结果:

    1

    分析:

    dispatch_sync表示是一个同步线程;(会阻塞当前线程)

    dispatch_get_main_queue表示运行在主线程中的主队列;

    任务2是同步线程的任务。

    任务3需要等待任务2结束之后再执行.

    先执行任务1,这是肯定没问题的,只是接下来,程序遇到了同步线程,那么它会进入等待,等待任务2执行完,然后执行任务3。但这是主队列,是一个特殊的串行队列,有任务来,当然会将任务加到队尾,然后遵循FIFO原则执行任务。那么,现在任务2就会被加到最后,任务3排在了任务2前面,问题来了:

    任务3要等任务2执行完才能执行,任务2又排在任务3后面,意味着任务2要在任务3执行完才能执行,所以他们进入了互相等待的局面。【既然这样,那干脆就卡在这里吧】这就是死锁。

    案例一分析

    案例二:当同步遇到了并行

    NSLog(@"1");   // 任务1

    dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{          //全局队列(并行)同步执行

          NSLog(@"2");     // 任务2

    });

    NSLog(@"3");     // 任务3

    控制台输出结果为:

    1

    2

    3

    分析:

    首先执行任务1,接下来会遇到一个同步线程,程序会进入等待。等待任务2执行完成以后,才能继续执行任务3。从dispatch_get_global_queue可以看出,任务2被加入到了全局的并行队列中,当并行队列执行完任务2以后,返回到主队列,继续执行任务3。

    案例二分析

    案例三: 咱们来点复杂一些的: 同步异步都有

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);  //自定一个串行队列

    NSLog(@"1");// 任务1

    dispatch_async(queue, ^{

         NSLog(@"2");// 任务2

         dispatch_sync(queue, ^{

               NSLog(@"3");// 任务3

         });

         NSLog(@"4");// 任务4

    });

    NSLog(@"5");// 任务5

    控制台输出结果:

    1

    5

    2       // 2 和 5 的顺序不一定 , 3, 4, 没有输出

    分析:

    这个案例没有使用系统提供的串行或并行队列,而是自己通过dispatch_queue_create函数创建了一个DISPATCH_QUEUE_SERIAL的串行队列。

    1.执行任务1;

    2.遇到异步线程,将【任务2、同步线程、任务4】加入串行队列中。因为是异步线程,所以在主线程中的任务5不必等待异步线程中的所有任务完成;

    3.因为任务5不必等待,所以2和5的输出顺序不能确定;

    4.任务2执行完以后,遇到同步线程,这时,将任务3加入串行队列;

    5.又因为任务4比任务3早加入串行队列,所以,任务3要等待任务4完成以后,才能执行。但是任务3所在的同步线程会阻塞,所以任务4必须等任务3执行完以后再执行。这就又陷入了无限的等待中,造成死锁。

    案例3分析

    案例四:异步遇到同步回主线程

    NSLog(@"1");// 任务1

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0,0), ^{

         NSLog(@"2");// 任务2

        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

              NSLog(@"3");// 任务3

         });

        NSLog(@"4");// 任务4

    });

    NSLog(@"5");// 任务5

    控制台输出结果:

    1

    2

    5

    3

    4      //// 2 和 5 顺序不一定

    分析:

    这个案例,我相信大家都熟悉,没错,这就是典型的异步加载数据,回调主线程更新UI那个案例;

    首先,将【任务1、异步线程、任务5】加入Main Queue中,异步线程中的任务是:【任务2、同步线程、任务4】。

    所以,先执行任务1,然后将异步线程中的任务加入到Global Queue中,因为异步线程,所以任务5不用等待,结果就是2和5的输出顺序不一定。

    然后再看异步线程中的任务执行顺序。任务2执行完以后,遇到同步线程。将同步线程中的任务又回调加入到Main Queue中,这时加入的任务3在任务5的后面。

    当任务3执行完以后,没有了阻塞,程序继续执行任务4。

    从以上的分析来看,得到的几个结果:1最先执行;2和5顺序不一定;4一定在3后面。

    案例4分析

    案例五: 当我们典型案例4,遇到了主线程上出现无限循环的时候

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0,0), ^{

         NSLog(@"1");// 任务1

         dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{

              NSLog(@"2");// 任务2

         });

          NSLog(@"3");// 任务3

    });

    NSLog(@"4");// 任务4

    while(1) {

    }

    NSLog(@"5");// 任务5

    打印台输出结果:

    1

    4    // 1 和 4 顺序不一定

    分析:

    和上面几个案例的分析类似,先来看看都有哪些任务加入了Main Queue:【异步线程、任务4、死循环、任务5】。

    在加入到Global Queue异步线程中的任务有:【任务1、同步线程、任务3】。

    第一个就是异步线程,任务4不用等待,所以结果任务1和任务4顺序不一定。

    任务4完成后,程序进入死循环,Main Queue阻塞。但是加入到Global Queue的异步线程不受影响,继续执行任务1后面的同步线程。

    同步线程中,将任务2加入到了主线程,并且,任务3等待任务2完成以后才能执行。这时的主线程,已经被死循环阻塞了。所以任务2无法执行,当然任务3也无法执行,在死循环后的任务5也不会执行。

    最终,只能得到1和4顺序不定的结果。

    案例5分析

    GCD死锁问题,我们就暂时讨论到这里,上面列举的5各案例,基本已经概括了GCD遇到的绝大多数情况了,以后有遇到其他情况的时候,再来补充。

    延时操作时注意死锁:

    NSLog(@"1");// 任务1

    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);//信号

    dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("aa", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);//串行队列

    dispatch_sync(q, ^{          //全局队列(并行)同步执行

            NSLog(@"2");     // 任务2

            dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("bb", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);//并发队列

            dispatch_async(queue, ^{

                //模拟延迟操作

                dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(4 * NSEC_PER_SEC)), queue, ^{ //这里的queue不能是主队列,否则死锁                          NSLog(@"3");

                    dispatch_semaphore_signal(semaphore);//发送信号

                });

            });

            dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);//等待信号

        });

        NSLog(@"4");     // 任务3

    打印结果:

    1 2 3 4

    通过信号来阻塞当前线程运行,等待必须执行的任务完成后,才继续执行别的任务。

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