GCD 容易让人迷惑的几个小问题

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写在开头:
本文旨在阐述一些大家容易产生迷惑的GCD相关内容,如果是需要了解一些GCD概念或者基础用法,可以看看这两篇文章:GCD 扫盲篇巧谈GCD
目录:
迷惑一:队列和线程的关系
迷惑二:GCD的死锁
迷惑三:以下这些API的异同与作用场景:
dispatch_asyncdispatch_syncdispatch_barrier_asyncdispatch_barrier_sync

迷惑一:队列和线程的关系
错误理解:
  • 有些人会产生一种错觉,觉得队列就是线程。又有些人会有另外一种错觉,一个追加Block就是一个线程。
正确理解:

对我们使用者来说,与其说GCD是面向线程的,不如说是面向队列的。 它隐藏了内部线程的调度。

  • 我们所做的仅仅是创建不同的队列,把Block追加到队列中去执行,而队列是FIFO(先进先出)的。
  • 它会按照我们追加的Block的顺序,在综合我们调用的gcd的api(sync、async、dispatch_barrier_async等等),以及根据系统负载来增减线程并发数, 来调度线程执行Block。
我们来看看以下几个例子:
例一:我们在主线程中,往一个并行queue,以sync的方式提交了一个Block,结果Block在主线程中执行。

输出结果:{number = 1, name = main}

例二:我们在主线程中用aync方式提交一个Block,结果Block在分线程中执行。

输出结果:{number = 2, name = (null)}

例三:我们分别用sync和async向主队列提交Block,结果Block都是在主线程中执行:

注意:我们不能直接在主线程用sync如下的形式去提交Block,否则会引起死锁:

我们用sync如下的方式去提交Block:

输出结果:{number = 1, name = main}

输出结果:{number = 1, name = main}

总结一下:
  • 往主队列提交Block,无论是sync,还是async,都是在主线程中执行。
  • 往非主队列中提交,如果是sync,会在当前提交Block的线程中执行。如果是async,则会在分线程中执行。

上文需要注意以下两点:

  1. 这里的syncasync并不局限于dispatch_syncdispatch_async而指的是GCD中所有同步异步的API。
  2. 这里我们用的是并行queue,如果用串行queue,结果也是一样的。唯一的区别是并行queue会权衡当前系统负载,去同时并发几条线程去执行Block,而串行queue中,始终只会在同一条线程中执行Block。
迷惑二:GCD的死锁

因为很多人因为不理解发生死锁的原因,所以导致从不会去用sync相关的API,而sync的应用场景还是非常多的,我们不能因噎废食,所以我们了解死锁原理还是很重要的。

简单举个死锁例子:

首先造成死锁的原因很简单,两个任务间互相等待。
为了加深大家的理解,在这里我们尽可能用最详尽,同时也有点绕的方式总结下这个死锁的流程:

  • 如上,在主线程中,往主队列同步提交了任务一。因为往queue中提交Block,总是追加在队列尾部的,而queue执行Block的顺序为先进先出(FIFO),所以任务一需要在当前队列它之前的任务(任务二)全部执行完,才能轮到它。
  • 而任务二因为任务一的sync,被阻塞了,它需要等任务一执行完才能被执行。两者互相等待对方执行完,才能执行,程序被死锁在这了。
  • 这里需要注意这里死锁的很重要一个条件也因为主队列是一个串行的队列(主队列中只有一条主线程)。如果我们如下例,在并行队列中提交,则不会造成死锁:

    原因是并行队列中任务一虽被提交仍然是在queue的队尾,在任务二之后,但是因为是并行的,所以任务一并不会一直等任务二结束才去执行,而是直接执行完。此时任务二的因为任务一的结束,sync阻塞也就消除,任务二得以执行。

上述第一个死锁的例子,我们很简单的改写一下,死锁就被消除了:

我们在主线程中,往全局队列同步提交了Block,因为全局队列和主队列是两个队列,所以任务一的执行,并不需要等待任务二。所以等任务一结束,任务二也可以被执行。
当然这里因为提交Block所在队列,Block被执行的队列是完全不同的两个队列,所以这里用串行queue,也是不会死锁的。大家可以自己写个例子试试,这里就不赘述了。

看到这我们可以知道一些sync的阻塞机制:

  • sync提交Block,首先是阻塞的当前提交Block的线程(简单理解下就是阻塞sync之后的代码)。例如我们之前举的例子中,sync总是阻塞了任务二的执行。
  • 而在队列中,轮到sync提交的Block,仅仅阻塞串行queue,而不会阻塞并行queue。dispatch_barrier_(a)sync除外,我们后面会讲到。)

我们了解了sync的阻塞机制,再结合发生死锁的根本原因来自于互相等待,我们用下面一句话来总结一下,会引起GCD死锁的行为:
如果同步(sync)提交一个Block到一个串行队列,而提交Block这个动作所处的线程,也是在当前队列,就会引起死锁。

我相信,如果看明白了上述所说的,基本上可以放心的使用sync相关api,而不用去担心死锁的问题。
关于更多死锁例子这里就不写了,基本上都是基于上述所说的,只是在不同队列中,sync,async组合形式不同,但是原理都是和上述一样。如果实在感兴趣的,可以看看这篇文章:一篇专题让你秒懂GCD死锁问题!

迷惑三:以下4个GCD方法的区别:

1)dispatch_async 这个就不用说了,估计大家都用的非常熟悉。
2)dispatch_barrier_async, 这个想必大家也知道是干嘛用的,如果不知道,我也大概讲讲:
它的作用可以用一个词概括--承上启下,它保证此前的任务都先于自己执行,此后的任务也迟于自己执行。当然它的作用导致它只有在并行队列中有意义。

例如上述任务,任务1,2,3的顺序不一定,4在中间,最后是5,6任务顺序不一定。它就像一个栅栏一样,挡在了一个并行队列中间。
当然这里有一点需要注意的是:dispatch_barrier_(a)sync只在自己创建的并发队列上有效,在全局(Global)并发队列、串行队列上,效果跟dispatch_(a)sync效果一样。

我们讲到这,顺便来讲讲它的用途,例如我们在一个读写操作中:
我们要知道一个数据,读与读之间是可以用线程并行的,但是写与写、写与读之间,就必须串行同步或者使用线程锁来保证线程安全。但是我们有了dispatch_barrier_async,我们就可以如下使用:

这样写操作的时候,始终只有它这一条线程在进行。而读操作一直是并行的。这么做充分利用了多线程的优势,还不需要加锁,减少了相当一部分的性能开销。实现了读写操作的线程安全。

3)dispatch_barrier_sync这个方法和dispatch_barrier_async作用几乎一样,都可以在并行queue中当做栅栏。
唯一的区别就是:dispatch_barrier_sync有GCD的sync共有特性,会阻塞提交Block的当前线程,而dispatch_barrier_async是异步提交,不会阻塞。

4)dispatch_sync,我们来讲讲它和dispatch_barrier_sync的区别。二者因为是sync提交,所以都是阻塞当前提交Block线程。
而它俩唯一的区别是:dispatch_sync并不能阻塞并行队列。其实之前死锁有提及过,担心大家感觉疑惑,还是写个例子:

输出结果 :
任务三
任务二
任务一

很显然,并行队列没有被sync所阻塞。

dispatch_barrier_sync可以阻塞并行队列(栅栏作用的体现):

输出结果 :
任务一
任务二
任务三

总结一下:
这些API都是有各自应用场景的,苹果也不会给我们提供重复而且毫无意义的方法。
其中在AF的图片缓存处理中,就有大量组合的用到:
dispatch_barrier_syncdispatch_barrier_asyncdispatch_sync
这些API,主要是为了保证在不使用锁下,缓存数据的读写的线程安全。感兴趣的可以去楼主之前的文章中看看:
AFNetworking之UIKit扩展与缓存实现

大概就写到这里了,如果小伙伴有其它感到迷惑的问题,可以评论,楼主会一一回复,如果这个问题问的多的话,会继续补充在本文中。

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