ReactiveCocoa 中 RACScheduler是如何封装GCD的

111194012-a75ba53c58ae493f

前言

在使用ReactiveCocoa 过程中,Josh AbernathyJustin Spahr-Summers 两位大神为了能让RAC的使用者更畅快的在沉浸在FRP的世界里,更好的进行并发编程,于是就对GCD进行了一次封装,并与RAC的各大组件进行了完美的整合。

自从有了RACScheduler以后,使整个RAC并发编程的代码里面更加和谐统一,更加顺手,更加“ReactiveCocoa”。

目录

  • 1.RACScheduler是如何封装GCD的
  • 2.RACSequence的一些子类
  • 3.RACScheduler是如何“取消”并发任务的
  • 4.RACScheduler是如何和RAC其他组件进行完美整合的

一. RACScheduler是如何封装GCD的

RACScheduler在ReactiveCocoa中到底是干嘛的呢?处于什么地位呢?官方给出的定义如下:

RACScheduler在ReactiveCocoa中是用来控制一个任务,何时何地被执行。它主要是用来解决ReactiveCocoa中并发编程的问题的。

RACScheduler的实质是对GCD的封装,底层就是GCD实现的。

要分析RACScheduler,先来回顾一下GCD。

121194012-18236a006cc25403

众所周知,在GCD中,Dispatch Queue主要分为2类,Serial Dispatch Queue 和 Concurrent Dispatch Queue 。其中Serial Dispatch Queue是等待现在执行中处理结束的队列,Concurrent Dispatch Queue是不等待现在执行中处理结束的队列。

生成Dispatch Queue的方法也有2种,第一种方式是通过GCD的API生成Dispatch Queue。

生成Serial Dispatch Queue

生成Concurrent Dispatch Queue

第二种方法是直接获取系统提供的Dispatch Queue。系统提供的也分为2类,Main Dispatch Queue 和 Global Dispatch Queue。Main Dispatch Queue 对应着是Serial Dispatch Queue,Global Dispatch Queue 对应着是Concurrent Dispatch Queue。

Global Dispatch Queue主要分为8种。

131194012-a3f61e35272ffcb5

首先是以下4种,分别是优先级对应Qos的情况。

其次是,是否支持 overcommit。加上上面4个优先级,所以一共8种Global Dispatch Queue。带有 overcommit 的队列表示每当有任务提交时,系统都会新开一个线程处理,这样就不会造成某个线程过载(overcommit)。

141194012-38fc2f826a220732

回到RACScheduler中来,RACScheduler既然是对GCD的封装,那么上述说的这些类型也都有其一一对应的封装。

首先是RACScheduler中的优先级,这里只封装了4种,也是分别对应GCD中的DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND。

RACScheduler有6个类方法,都是用来生成一个queue的。

接下来依次分析一下它们的底层实现。

151194012-7f91955009dfa852
1. immediateScheduler
161194012-eb9957cbd92f32cb

immediateScheduler底层实现就是生成了一个RACImmediateScheduler的单例。

RACImmediateScheduler 是继承自RACScheduler。

在RACScheduler中,每个种类的RACScheduler都会有一个name属性,名字也算是他们的标示。RACImmediateScheduler的name是@”com.ReactiveCocoa.RACScheduler.immediateScheduler”

RACImmediateScheduler的作用和它的名字一样,是立即执行闭包里面的任务。

在schedule:方法中,直接调用执行入参block( )闭包。在after: schedule:方法中,线程先睡眠,直到date的时刻,再醒过来执行入参block( )闭包。

当然RACImmediateScheduler是不可能支持after: repeatingEvery: withLeeway: schedule:方法的。因为它的定义就是立即执行的,不应该repeat。

RACImmediateScheduler的scheduleRecursiveBlock:方法中只要recursiveBlock闭包存在,就会无限递归调用执行,除非recursiveBlock不存在了。

2. mainThreadScheduler
171194012-65ed782903c332ec

mainThreadScheduler也是一个类型是RACTargetQueueScheduler的单例。

mainThreadScheduler的名字是@”com.ReactiveCocoa.RACScheduler.mainThreadScheduler”。

RACTargetQueueScheduler继承自RACQueueScheduler

在RACTargetQueueScheduler中,只有一个初始化方法。

先新建了一个queue,name是@”com.ReactiveCocoa.RACScheduler.mainThreadScheduler”,类型是Serial Dispatch Queue 类型的,然后调用了dispatch_set_target_queue方法。

所以重点就在dispatch_set_target_queue方法里面了。

dispatch_set_target_queue方法主要有两个目的:一是设置dispatch_queue_create创建队列的优先级,二是建立队列的执行阶层。

  • 当使用dispatch_queue_create创建队列的时候,不管是串行还是并行,它们的优先级都是DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT级别,而这个API就是可以设置队列的优先级。

举个例子:

通过上面的代码,就把将serailQueue设置成DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH。

  • 使用这个dispatch_set_target_queue方法可以设置队列执行阶层,例如dispatch_set_target_queue(queue, targetQueue);
    这样设置时,相当于将queue指派给targetQueue,如果targetQueue是串行队列,则queue是串行执行的;如果targetQueue是并行队列,那么queue是并行的。

举个例子:

如果targetQueue为Serial Dispatch Queue,那么输出结果必定如下:

如果targetQueue为Concurrent Dispatch Queue,那么输出结果可能如下:

回到RACTargetQueueScheduler中来,在这里传进来的入参是dispatch_get_main_queue( ),这是一个Serial Dispatch Queue,这里再调用dispatch_set_target_queue方法,相当于把queue的优先级设置的和main_queue一致。

3. scheduler
181194012-ef550bdc42f1778d

以下三个方法实质是同一个方法。

通过源码我们能知道,scheduler这一系列的三个方法,是创建了一个 Global Dispatch Queue,对应的属于Concurrent Dispatch Queue。

schedulerWithPriority: name:方法可以指定线程的优先级和名字。

schedulerWithPriority:方法只能执行优先级,名字为默认的@”com.ReactiveCocoa.RACScheduler.backgroundScheduler”。

scheduler方法创建出来的queue的优先级是默认的,名字也是默认的@”com.ReactiveCocoa.RACScheduler.backgroundScheduler”。

注意,scheduler和mainThreadScheduler,immediateScheduler这两个单例不同的是,scheduler每次都会创建一个新的Concurrent Dispatch Queue。

4. currentScheduler
191194012-6bffc6cb50685b79

首先,在ReactiveCocoa 中定义了这么一个key,@”RACSchedulerCurrentSchedulerKey”,这个用来从线程字典里面存取出对应的RACScheduler。

在currentScheduler这个方法里面看到的是从线程字典里面取出一个RACScheduler。至于什么时候存的,下面会解释到。

如果能从线程字典里面取出一个RACScheduler,就返回取出的RACScheduler。如果字典里面没有,再判断当前的scheduler是否是在主线程上。

判断方法如上,只要是NSOperationQueue在mainQueue上,或者NSThread是主线程,都算是在主线程上。

如果是在主线程上,就返回mainThreadScheduler。
如果既不在主线程上,线程字典里面也找不到对应key值对应的value,那么就返回nil。

RACScheduler除了有6个类方法,还有4个实例方法:

这4个方法其实从名字上就知道是用来干嘛的。

schedule:是为RACScheduler添加一个任务,入参是一个闭包。

after: schedule:是为RACScheduler添加一个定时任务,在date时间之后才执行任务。

afterDelay: schedule:是为RACScheduler添加一个延时执行的任务,延时delay时间之后才执行任务。

after: repeatingEvery: withLeeway: schedule:是为RACScheduler添加一个定时任务,在date时间之后才开始执行,然后每隔interval秒执行一次任务。

这四个方法会分别在RACScheduler的各个子类里面进行重写。

比如之前提到的immediateScheduler,schedule:方法中会直接立即执行闭包。after: schedule:方法中添加一个定时任务,在date时间之后才执行任务。after: repeatingEvery: withLeeway: schedule:这个方法在RACImmediateScheduler中就直接返回nil。

还有其他子类在下面会分析这4个方法的实现。

另外还有最后3个方法

前两个方法是实现RACSequence中signalWithScheduler:方法的,具体分析见这篇文章

performAsCurrentScheduler:方法是在RACQueueScheduler中使用到了,在下面子类分析里面详细分析。

二. RACSequence的一些子类

RACSequence总共有以下5个子类。

201194012-29b5596ac7f23768
1. RACTestScheduler
211194012-a169b6b4b5772f89

这个类主要是一个测试类,主要用在单元测试中,它是用来验证异步调用没有花费大量的时间等待。RACTestScheduler也可以用在多线程当中,当时一次只能在排队的方法队列中选择一个方法执行。

在单元测试中,ReactiveCocoa为了方便比较每个方法的调用,新建了一个RACTestSchedulerAction对象,用来更加方便的比较和描述测试的全过程。RACTestSchedulerAction的定义如上。现在再来解释一下参数。

date是一个时间,时间主要是用来比较和决定下一次该轮到哪个闭包要开始执行了。

void (^block)(void)闭包是RACScheduler中的一个任务。

disposable是控制一个action是否可以执行的。一旦disposed了,那么这个action就不会被执行。

initWithDate: block: 方法是初始化一个新的action。

在单元测试过程中,需要调用step方法来进行查看每次调用闭包的情况。

step和stepAll方法都是调用step:方法。step只是执行一次RACScheduler中的任务,stepAll是执行所有的RACScheduler中的任务。既然都是调用step:,那接下来分析一下step:的具体实现。

step:的实现主要就是一个for循环。循环的次数就是入参ticks决定的。首先const void *actionPtr是一个指向函数的指针。在上述实现中有一个很重要的函数——CFBinaryHeapGetMinimumIfPresent。该函数的原型如下:

这个函数的主要作用的是在二分堆heap中查找一个最小值。

比较规则如上,就是比较两者的date的值。从二分堆中找出这样一个最小值,对应的就是scheduler中的任务。如果最小值有几个相等最小值,就随机返回一个最小值。返回的函数放在actionPtr中。整个函数的返回值是一个BOOL值,如果二分堆不为空,能找到最小值就返回YES,如果二分堆为空,就找不到最小值了,就返回NO。

stepAll方法里面传入了NSUIntegerMax,这个for循环也不会死循环,因为到堆中所有的任务都执行完成之后,CFBinaryHeapGetMinimumIfPresent返回NO,就会执行break,跳出循环。

这里会把currentScheduler保存到线程字典里面。接着会执行action.block,执行任务。

schedule:方法里面会累加numberOfDirectlyScheduledBlocks值,这个值也会初始化成时间,以便比较各个方法该调度的时间。numberOfDirectlyScheduledBlocks最终会代表总共有多少个block任务产生了。然后用CFBinaryHeapAddValue加入到堆中。

after:schedule:就是直接新建RACTestSchedulerAction对象,然后再用CFBinaryHeapAddValue把block闭包加入到堆中。

after: repeatingEvery: withLeeway: schedule:同样也是新建RACTestSchedulerAction对象,然后再用CFBinaryHeapAddValue把block闭包加入到堆中。

2. RACSubscriptionScheduler

RACSubscriptionScheduler是RACScheduler最后一个单例。RACScheduler中唯一的三个单例现在就齐全了:RACImmediateScheduler,RACTargetQueueScheduler ,RACSubscriptionScheduler。

RACSubscriptionScheduler 的名字是@”com.ReactiveCocoa.RACScheduler.subscriptionScheduler”

RACSubscriptionScheduler初始化的时候会新建一个Global Dispatch Queue。

如果RACScheduler.currentScheduler为nil就用backgroundScheduler去调用block闭包,否则就执行block闭包。

两个after方法都有取出RACScheduler.currentScheduler,如果为空就用self.backgroundScheduler去调用各自的after的方法。

RACSubscriptionScheduler中的backgroundScheduler的意义就在此,当RACScheduler.currentScheduler不存在的时候就会替换成self.backgroundScheduler。

3. RACImmediateScheduler

这个子类在分析immediateScheduler方法的时候,详细分析过了,这里不再赘述。

4. RACQueueScheduler
221194012-e6018685a703133d

schedule:会调用performAsCurrentScheduler:方法。

performAsCurrentScheduler:方法会先在调用block( )之前,把当前的scheduler存入线程字典中。

试想,如果现在在一个Concurrent Dispatch Queue中,在执行block( )之前需要先切换线程,切换到当前scheduler中。当执行完block闭包之后,previousScheduler如果不为nil,那么就还原现场,线程字典里面再存回原来的scheduler,反之previousScheduler为nil,那么就移除掉线程字典里面的key。

这里需要值得注意的是:

scheduler本质其实是一个quene,并不是一个线程。它只能保证里面的线程都是串行执行的,但是它不能保证每个线程不一定都是在同一个线程里面执行。

如上面这段performAsCurrentScheduler:的实现所表现的那样。所以
在scheduler使用Core Data很容易崩溃,很可能跑到子线程上面去了。一旦写数据的时候到了子线程上,很容易就Crash了。一定要记得回到main queue上。

在after中调用dispatch_after方法,经过date时间之后再调用performAsCurrentScheduler:。

wallTimeWithDate:的实现如下:

dispatch_walltime函数是由POSIX中使用的struct timespec类型的时间得到dispatch_time_t类型的值。dispatch_time函数通常用于计算相对时间,而dispatch_walltime函数用于计算绝对时间。

这段代码其实很简单,就是把date的时间转换成一个dispatch_time_t类型的。由NSDate类对象获取能传递给dispatch_after函数的dispatch_time_t类型的值。

after: repeatingEvery: withLeeway: schedule:方法里面的实现就是用GCD在self.queue上创建了一个Timer,时间间隔是interval,修正时间是leeway。

leeway这个参数是为dispatch source指定一个期望的定时器事件精度,让系统能够灵活地管理并唤醒内核。例如系统可以使用leeway值来提前或延迟触发定时器,使其更好地与其它系统事件结合。创建自己的定时器时,应该尽量指定一个leeway值。不过就算指定leeway值为0,也不能完完全全期望定时器能够按照精确的纳秒来触发事件。

这个定时器在interval执行入参闭包。在取消任务的时候调用dispatch_source_cancel取消定时器timer。

5. RACTargetQueueScheduler

这个子类在分析mainThreadScheduler方法的时候,详细分析过了,这里不再赘述。

三. RACScheduler是如何“取消”并发任务的

既然RACScheduler是对GCD的封装,那么在GCD的上层可以实现一些GCD所无法完成的“特性”。这里的“特性”是打引号的,因为底层是GCD,上层的特性只能通过一些特殊手段来实现看似是新的特性。在这一点上,RACScheduler就实现了GCD没有的特性——“取消”任务。

Operation Queues :
相对 GCD来说,使用 Operation Queues 会增加一点点额外的开销,但是却换来了非常强大的灵活性和功能,它可以给 operation 之间添加依赖关系、取消一个正在执行的 operation 、暂停和恢复 operation queue 等;

GCD:
是一种更轻量级的,以 FIFO的顺序执行并发任务的方式,使用 GCD时我们可以并不关心任务的调度情况,而让系统帮我们自动处理。但是 GCD的缺陷也是非常明显的,想要给任务之间添加依赖关系、取消或者暂停一个正在执行的任务时就会变得非常棘手。

既然GCD不方便取消一个任务,那么RACScheduler是怎么做到的呢?

这就体现在RACQueueScheduler上。回头看看RACQueueScheduler的schedule:实现 和 after: schedule:实现。

最核心的代码:

在调用performAsCurrentScheduler:之前,加了一个判断,判断当前是否取消了任务,如果取消了任务,就return,不会调用block闭包。这样就实现了取消任务的“假象”。

四. RACScheduler是如何和RAC其他组件进行完美整合的

在整个ReactiveCocoa中,利用RACScheduler实现了很多操作,和RAC是深度整合的。这里就来总结总结ReactiveCocoa中总共有哪些地方用到了RACScheduler。

241194012-e2f7ba43bc945ab4

在ReactiveCocoa 中全局搜索RACScheduler,遍历完所有库,RACScheduler就用在以下10个类中。下面就来看看是如何用在这些地方的。

从下面这些地方使用了Scheduler中,我们就可以了解到哪些操作是在子线程,哪些是在主线程。区分出了这些,对于线程不安全的操作,我们就能心有成足的处理好它们,让它们回到主线程中去操作,这样就可以减少很多莫名的Crash。这些Crash都是因为线程问题导致的。

1. 在RACCommand中

这个方法十分复杂,里面用到了RACScheduler.immediateScheduler,deliverOn:RACScheduler.mainThreadScheduler。具体的源码分析会在下一篇RACCommand源码分析里面详细分析。

在这个方法中,会调用subscribeOn:RACScheduler.mainThreadScheduler。

2. 在RACDynamicSignal中

在RACDynamicSignal的subscribe:订阅过程中会用到subscriptionScheduler。于是对这个scheduler调用schedule:就会执行下面这段代码:

如果currentScheduler不为空,闭包会在currentScheduler中执行,如果currentScheduler为空,闭包就会在backgroundScheduler中执行,这是一个Global Dispatch Queue,优先级是RACSchedulerPriorityDefault。

同理,在RACEmptySignal,RACErrorSignal,RACReturnSignal,RACSignal的相关的signal的订阅中也都会调用subscriptionScheduler。

3. 在RACBehaviorSubject中

在RACBehaviorSubject的subscribe:订阅过程中会用到subscriptionScheduler。于是对这个scheduler调用schedule:,代码在上面分析过了。

同理,如果currentScheduler不为空,闭包会在currentScheduler中执行,如果currentScheduler为空,闭包就会在backgroundScheduler中执行,这是一个Global Dispatch Queue,优先级是RACSchedulerPriorityDefault。

4. 在RACReplaySubject中

它的订阅也同上面信号的订阅一样,会调用subscriptionScheduler。

由于RACReplaySubject是在子线程上,所以建议在使用Core Data这些不安全库的时候一定要记得加上deliverOn。

5. 在RACSequence中

在RACSequence中,以下两个方法用到了RACScheduler:

上面两个方法会调用RACScheduler中的scheduleRecursiveBlock:方法。关于这个方法的源码分析可以看RACSequence的源码分析

6. 在RACSignal+Operations中

这里总共有9个方法用到了Scheduler。

第一个方法:

在上面这个方法里面用到了

取出currentScheduler或者一个Global Dispatch Queue,然后调用scheduleRecursiveBlock:。

第二个方法:

在上面这个方法中会调用

在delayScheduler中调用afterDelay: schedule:方法,这也是throttle:valuesPassingTest:方法实现的很重要的一步。

第三个方法:

由于这是一个延迟方法,肯定是会调用Scheduler的after方法。

RACScheduler.currentScheduler ?: scheduler 这个判断在上述几个时间相关的方法都用到了。

所以,这里给一个建议:
delay由于不一定会回到当前线程中,所以delay之后再去订阅可能就在子线程中去执行。所以使用delay的时候最好追加一个deliverOn。

第四个方法:

在这个方法中理所当然的需要调用[scheduler afterDelay:interval schedule:flushValues]这个方法,来达到延迟的目的,从而实现缓冲buffer的效果。

第五个方法:

第六个方法:

第五个方法 和 第六个方法都用传进去的入参scheduler去调用after: repeatingEvery: withLeeway: schedule:方法。

第七个方法:

在这个方法中会用入参scheduler调用afterDelay: schedule:,延迟一段时候后,执行[disposable dispose],从而也实现了超时发送sendError:。

第八个方法:

第九个方法:

第八个方法 和 第九个方法都是根据入参scheduler去调用schedule:方法。入参是什么类型的scheduler决定了schedule:执行在哪个queue上。

7. 在RACSignal中

在RACSignal也有积极计算和惰性求值的信号。

startEagerlyWithScheduler中会调用startLazilyWithScheduler产生一个信号signal,然后紧接着转换成热信号。通过startEagerlyWithScheduler产生的信号就直接是一个热信号。

上述是startLazilyWithScheduler:的源码实现,在这个方法中和startEagerlyWithScheduler最大的区别就出来了,connect方法在return的信号中,所以Lazily就体现在,通过startLazilyWithScheduler建立出来的信号,只有订阅它之后才能调用到connect,转变成热信号。

在这里调用了subscribeOn:scheduler,这里用到了scheduler。

8. 在NSData+RACSupport中

在这个方法中,会传入RACQueueScheduler或者RACTargetQueueScheduler的RACScheduler。那么调用schedule方法就会执行到这里:

9. 在NSString+RACSupport中

同NSData+RACSupport中的rac_readContentsOfURL: options: scheduler:一样,也会传入RACQueueScheduler或者RACTargetQueueScheduler的RACScheduler。

10. 在NSUserDefaults+RACSupport中

在这个方法中也会新建RACTargetQueueScheduler,一个Global Dispatch Queue。优先级是RACSchedulerPriorityDefault。

最后

关于RACScheduler底层实现分析都已经分析完成。最后请大家多多指教。

打赏支持我写出更多好文章,谢谢!

打赏作者

打赏支持我写出更多好文章,谢谢!

任选一种支付方式

1 1 收藏 评论

关于作者:一缕殇流化隐半边冰霜

已退役ACMer,现役iOS工程师。博观而约取,厚积而薄发。 个人主页 · 我的文章 · 5 ·   

相关文章

可能感兴趣的话题



直接登录
跳到底部
返回顶部