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iOS 从一个问题开始说说多线程+死锁(同步函数底层)

iOS 从一个问题开始说说多线程+死锁(同步函数底层)

作者: 海边的1984_ | 来源:发表于2017-07-21 11:59 被阅读775次

引子:

如果我现在问你GCD里,队列+执行函数的组合怎么产生子线程。
你的回答是异步函数+并行队列吗?

目的

写这篇文章不是说我对多线程+加锁理解的有多透彻,我只是喜欢对国内博客里面讲到的一些东西进行一些验证。不知道大家有没有一个感触,百度每个技术点的时候,往往你看到的博客全部是一个模子,全部是抄来抄去,很多作者写东西的时候往往不加验证,这样导致了对于一些知识点的误解。比如说上面那个问题。

验证

说到GCD,最基本的就是四个队列,两个函数

四种队列:

  1. 串行队列
dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("aaaaa", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
  1. 并行队列
dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("cccccc", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
  1. 全局并行队列
dispatch_get_global_queue(0, 0)
  1. 主队列
dispatch_get_main_queue()

但实际上这四个队列可以归结为串行+并行,因为主队列就是一种串行队列(关于这一点我待会回来进行验证),全局并行队列实际上是并行队列。

两个函数:

  1. 同步函数
    dispatch_sync(q, ^{
    });
  1. 异步函数
    dispatch_async(q, ^{
    });

下面我会将队列和函数进行两两组合,然后进行调试

//同步派遣+串行队列
- (void)func1{
    dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("aaaaa", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    
    dispatch_sync(q, ^{
        NSLog(@"1111");
    });
    NSLog(@"22222");
}

//异步派遣+串行队列
- (void)func2{
    dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("bbbbbb", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(q, ^{
        NSLog(@"1111");
    });
    NSLog(@"22222");
}

//同步派遣+并行队列
- (void)func3{
    dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("cccccc", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_sync(q, ^{
        NSLog(@"1111");
    });
    NSLog(@"22222");
}

//异步派遣+并行队列
- (void)func4{
    dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("ddddddd", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(q, ^{
        NSLog(@"1111");
    });
    NSLog(@"22222");
}

结论

1. 主队列是串行队列

现在程序运行在主线程中,这个主线程在主队列中


AC451239-799E-44AD-8FFB-C3700808B0FF.png
Queue:com.apple.main-thred(serial)

com.apple.main-thred 实际上是队列的别名
serial 是串行队列的意思

2. 同步派遣+串行队列,不产生子线程

这个截图侧面的佐证了1的结论,而且我们观察到这时候,程序还是运行在Thread1中。这里要说明的是不一定Thread1就是主线程,我们需要观察调用栈的方法,如截图所示UIApplication,UIViewController,UIWindow的各种初始化方法都在这个线程里面执行,所以我们判断出这里是主线程,其他的所有线程都是子线程。程序还在主线程中,所以这里不产生子线程。

186052A6-74E5-4305-A625-63529D9F54C2.png

3. 异步派遣+串行队列,产生子线程

这个结论就是文章最初的提问的关键所在,很多人认为这里不会产生子线程,但是实际上是产生了子线程的。
如下面所示,这时候程序员已经来到了Thread3。

113F1EC4-09CE-4672-B1FC-CE898F9409F7.png

4. 同步派遣+并行队列,没有产生子线程

07A6F515-800E-4F7E-BE15-7170670CDEF4.png

5. 异步派遣+并行队列,产生子线程

162F6773-024E-4D38-B53F-104A7C3689CD.png

6. 总结一下

单独谈论队列和同步异步函数都不合适,只有组合的时候,才有讨论的意义。
通过上面的例子,是否产生子线程很大程度取决于执行函数。
异步派遣能够将队列调度到别的子线程上面去
同步派遣能够将队列调度到当前线程(注意是当前线程,不一定是主线程)

所以上面的问题的答案是:异步函数+并行队列/异步函数+串行队列 都会产生子线程。

另外一个问题:死锁

问下面函数的执行结果


3B9AF8C9-6D33-44A5-9AA0-11064ED80AE2.png 3171DA0A-DF9E-43D8-B433-4570DCBA3396.png

这里如果我将22222上面的更改为dispatch_sync(q, ^{ ,请问执行结果是什么?

C9A71300-A1E3-462A-96D9-623DBA93CAEA.png

答案是执行到这里崩溃了,我们来分析一下,为什么这里会崩溃?很多博客上面都有说会崩溃
但是理由很牵强。大概是下面截图这个意思。

75E517E2-24C2-4B11-AFB5-ABA1D1334560.png

老实说,这个说法很牵强。看这段我自己都不能说服我自己,下面是唯一能说服我的帖子,是从源码的角度来说的。
一个曲高和寡语言水平很捉急的大神给出的源码
但是他的分析太难看懂了,主要是因为语文水平很捉急。这里我帮大家总结一下。

实际上GCD里面关于实现同步队列使用到的是信号量,模拟出来大概是这样子的

@synchronized (self) {
                if (self.array.count <= 0) {
                    continue;
                }
                
                NSNumber *number = [self.array lastObject];
                if ([number boolValue]) {
                    
                    //同步事件.  同步派遣的事件->synsc block里面需要被执行的
                    //一个同步事件可以分为两部分.  第一wait queue,  第二, 派发事件.
                    //此处为了方便,  两行代码位置是反的.  但是由于async 派遣, 本身就拼到了队列末尾.  所以
                    //从实际执行角度,   顺序是没有问题的.   完整模拟了.   dispatch源码中对事件的执行模式和 同步派遣到本身队列的死锁问题.
                    dispatch_async(queue, ^{
                        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
                    });
                    
                    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
                    
                    [self.array removeLastObject];
                    NSLog(@"\n");
                    NSLog(@"消费了  同步!!!!!!事件");
                    NSLog(@"\n");
                    syncEvent = NO;
                    
                }else{
                    //普通消费.
                    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
                        @synchronized (self) {
                            [self.array removeLastObject];
                            NSLog(@"消费了一个异步事件.");
                        }
                    });
                }
            }

想要看懂上面这段代码,你需要反复理解下面几句话,我当时想了一下午才想通。

  1. 串行队列里面只可能有一个线程,并行队列里面可能有多个。
  2. 队列里面可能没有线程,线程总是跑来跑去的。
  3. 不管是同步函数或者是异步函数,都会将block里面的内容派遣到对应的队列的最下面。
  4. 同步函数里面维护了一套信号量,信号量的single操作被套在异步函数里面
 dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
 });
  1. 同步函数的的其他操作在同步函数所处的外面的队列里面去执行,只有
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);

在同步函数锁包裹的队列里面去执行。

综上所述,这行代码将信号量的++事件放到了queue队列的最后。如果同步函数外面没有对queue做派遣动作,不会死锁。

我们将这些理论放到实际例子里面去解释

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"1111");
    });

    NSLog(@"222");
}

外面是主队列,主队列里面是主线程,同步函数将NSLog(@"1111"); 压倒主队列的底部了。里外都是主队列,事件顺序执行。
同步函数底层按照顺序异步函数将dispatch_semaphore_signal(semaphore);
压在queue(主队列)的最下面

 dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
 });

然后执行

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

信号量--为-1,阻塞当前线程

,这样程序员永远都执行不到dispatch_semaphore_signal(semaphore)

思考

这个例子不知道大家看懂了没有,是不是感觉这样分析的话,只要使用同步函数都会被死锁。
其实同步函数的底层下面这个函数能够执行到线程就不会被锁住

 dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
 });

如何能执行dispatch_semaphore_signal(semaphore);
信号量的++操作被压在queue的最下面了,只要同步函数的执行的queue和外面的queue不一致,这里就会被执行了。

看这个例子,我们将同步函数派遣的主队列换成一个新的串行队列

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    dispatch_sync(dispatch_queue_create("1111", DISPATCH_QUEUE_SERIAL), ^{
        NSLog(@"1111");
    });

    NSLog(@"222");
}

这样同步函数的底层在主队列里面执行下面信号量--

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

主队列里面执行异步函数+串行队列,将信号量++压在串行队列的底部,串行队列唯一事件为信号量++函数,于是执行解锁。

 dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
 });

这样就不会造成死锁了。

再来一个例子

    dispatch_queue_t q = dispatch_queue_create("1111111", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_sync(q, ^{
        
        NSLog(@"11111");
        dispatch_sync(q, ^{
            NSLog(@"22222");
        });
        NSLog(@"33333");
    });
    
    NSLog(@"44444");
    NSLog(@"5555");

第一层同步函数处在主队列里面,
同步函数的底层主队列里面执行

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

在新的串行队列里面执行

 dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
 });

这两步操作分开在不同的队列里面,都能执行,所以不会死锁

第二层同步函数处在q队列里面
同步函数的底层q串行队列里面执行,锁住了q队列,q队列无法执行其他事件

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

在q串行队列里面执行,被压入队列事件中,但是因为信号量锁住线程gg

 dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
 });

真的很绕很绕,但是是从一个源码的角度来看的。当然你们想看源码,会更蒙


2263264-5b92f9b728dfa869.png

一个曲高和寡的哥们写的源码分析

demo地址

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网友评论

  • 62b7f4f646ef::smile:
    62b7f4f646ef:@大大的hhh :smile:
    62b7f4f646ef:@大大的hhh :smile:
  • 香蕉你个菠萝:写的挺好的 有学到
  • 可可_running:结论5错了,异步➕并行,产生子线程
    海边的1984_:@可可_running我就是这样写的,实际上文字表叔有手滑,但是截图应该能看出来是什么回事吧
    海边的1984_:@可可_running 没问题
  • 空白少侠:崩溃的fun9 :去银行某一个窗口办业务,一个办完接着一个。到你了,你正在办业务,而此时来了一个人,插队插在你面前,这时业务员就在想:给这个插队的人办的话会违反规定,因为不许有人插队(串行队列),若要给刚才没办完的人接着办的话,这个插队的人挡在这没法办。 这个时候业务员就懵逼了,就会奔溃。那段代码在逻辑上就讲不过去。
    R0b1n_L33:事实上,这个死锁的规律总结起来就是:在一串行队列的任务中派发另一同步任务到当前队列。
    R0b1n_L33:也可以这样描述:我有个朋友也想办业务,刚来排在队尾。他比较急所以要求我安排他插到我前面来办他的业务。但是业务员要求他必须去按照规定去排队。双方由于各执一词不肯让步于是就僵持不下导致死锁了。
    海边的1984_:@wuliwuli龙哥 你举的例子和我的文章没有关系
  • 空白少侠:5. 同步派遣+并行队列,产生子线程 错了是异步
    海边的1984_:这个地方手滑敲错了

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