iOS 底層原理 文章匯總

本文是隊列創(chuàng)建鹿鳖、同步/異步函數(shù)本涕、單例舶吗、信號量以及調(diào)度組的底層原理分析

隊列創(chuàng)建

在上一篇文章iOS-底層原理 26：GCD 之 函數(shù)與隊列中赃份，我們理解了隊列與函數(shù)，知道隊列的創(chuàng)建時通過GCD中的dispatch_queue_create方法铜秆，下面我們在libdispatch.dylib去探索隊列是如何創(chuàng)建的（下載鏈接）

底層源碼分析

• 在源碼中搜索dispatch_queue_create

dispatch_queue_t
dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr)
{
    return _dispatch_lane_create_with_target(label, attr, DISPATCH_TARGET_QUEUE_DEFAULT, true);
}

• 進(jìn)入_dispatch_lane_create_with_target(

DISPATCH_NOINLINE
static dispatch_queue_t
_dispatch_lane_create_with_target(const char *label, dispatch_queue_attr_t dqa,
        dispatch_queue_t tq, bool legacy)
{
    // dqai 創(chuàng)建 -
    dispatch_queue_attr_info_t dqai = _dispatch_queue_attr_to_info(dqa);
    
    //第一步：規(guī)范化參數(shù)淹真，例如qos, overcommit, tq
    ...
    
    //拼接隊列名稱
    const void *vtable;
    dispatch_queue_flags_t dqf = legacy ? DQF_MUTABLE : 0;
    if (dqai.dqai_concurrent) { //vtable表示類的類型
        // OS_dispatch_queue_concurrent
        vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_concurrent);
    } else {
        vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_serial);
    }
    
    ....
    
    //創(chuàng)建隊列，并初始化
    dispatch_lane_t dq = _dispatch_object_alloc(vtable,
            sizeof(struct dispatch_lane_s)); // alloc
    //根據(jù)dqai.dqai_concurrent的值羽峰，就能判斷隊列 是 串行 還是并發(fā)
    _dispatch_queue_init(dq, dqf, dqai.dqai_concurrent ?
            DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX : 1, DISPATCH_QUEUE_ROLE_INNER |
            (dqai.dqai_inactive ? DISPATCH_QUEUE_INACTIVE : 0)); // init
    //設(shè)置隊列l(wèi)abel標(biāo)識符
    dq->dq_label = label;//label賦值
    dq->dq_priority = _dispatch_priority_make((dispatch_qos_t)dqai.dqai_qos, dqai.dqai_relpri);//優(yōu)先級處理
    
    ...
    
    //類似于類與元類的綁定趟咆，不是直接的繼承關(guān)系，而是類似于模型與模板的關(guān)系
    dq->do_targetq = tq;
    _dispatch_object_debug(dq, "%s", __func__);
    return _dispatch_trace_queue_create(dq)._dq;//研究dq
}

_dispatch_lane_create_with_target 分析

• 【第一步】通過_dispatch_queue_attr_to_info方法傳入dqa（即隊列類型梅屉，串行值纱、并發(fā)等）創(chuàng)建dispatch_queue_attr_info_t類型的對象dqai，用于存儲隊列的相關(guān)屬性信息
  

  dispatch_queue_create底層分析-1

• 【第二步】設(shè)置隊列相關(guān)聯(lián)的屬性坯汤，例如服務(wù)質(zhì)量qos等

• 【第三步】通過DISPATCH_VTABLE拼接隊列名稱虐唠，即vtable，其中DISPATCH_VTABLE是宏定義惰聂，如下所示疆偿，所以隊列的類型是通過OS_dispatch_+隊列類型queue_concurrent拼接而成的

  • 串行隊列類型：OS_dispatch_queue_serial，驗證如下
    

    dispatch_queue_create底層分析-2

  • 并發(fā)隊列類型：OS_dispatch_queue_concurrent搓幌，驗證如下
    

    dispatch_queue_create底層分析-3

#define DISPATCH_VTABLE(name) DISPATCH_OBJC_CLASS(name)
??
#define DISPATCH_OBJC_CLASS(name)   (&DISPATCH_CLASS_SYMBOL(name))
??
#define DISPATCH_CLASS(name) OS_dispatch_##name

• 【第四步】通過alloc+init初始化隊列杆故，即dq，其中在_dispatch_queue_init傳參中根據(jù)dqai.dqai_concurrent的布爾值溉愁，就能判斷隊列 是 串行 還是并發(fā)处铛，而 vtable表示隊列的類型，說明隊列也是對象

  • 進(jìn)入_dispatch_object_alloc -> _os_object_alloc_realized方法中設(shè)置了isa的指向拐揭，從這里可以驗證隊列也是對象的說法
    

    dispatch_queue_create底層分析-4

  • 進(jìn)入_dispatch_queue_init方法,隊列類型是dispatch_queue_t,并設(shè)置隊列的相關(guān)屬性
    

    dispatch_queue_create底層分析-5

• 【第五步】通過_dispatch_trace_queue_create對創(chuàng)建的隊列進(jìn)行處理撤蟆，其中_dispatch_trace_queue_create是_dispatch_introspection_queue_create封裝的宏定義，最后會返回處理過的_dq
  

  dispatch_queue_create底層分析-6
  • 進(jìn)入_dispatch_introspection_queue_create_hook -> dispatch_introspection_queue_get_info -> _dispatch_introspection_lane_get_info中可以看出堂污，與我們自定義的類還是有所區(qū)別的家肯，創(chuàng)建隊列在底層的實(shí)現(xiàn)是通過模板創(chuàng)建的
    
    dispatch_queue_create底層分析-7

總結(jié)

• 隊列創(chuàng)建方法dispatch_queue_create中的參數(shù)二（即隊列類型），決定了下層中 max & 1（用于區(qū)分是 串行 還是 并發(fā)）盟猖，其中1表示串行

• queue 也是一個對象讨衣，也需要底層通過alloc + init 創(chuàng)建，并且在alloc中也有一個class扒披，這個class是通過宏定義拼接而成值依，并且同時會指定isa的指向

• 創(chuàng)建隊列在底層的處理是通過模板創(chuàng)建的，其類型是dispatch_introspection_queue_s結(jié)構(gòu)體

dispatch_queue_create底層分析流程如下圖所示

dispatch_queue_create底層分析流程

函數(shù) 底層原理分析

主要是分析 異步函數(shù)dispatch_async 和 同步函數(shù)dispatch_sync

異步函數(shù)

進(jìn)入dispatch_async的源碼實(shí)現(xiàn)碟案，主要分析兩個函數(shù)

• _dispatch_continuation_init：任務(wù)包裝函數(shù)

• _dispatch_continuation_async：并發(fā)處理函數(shù)

void
dispatch_async(dispatch_queue_t dq, dispatch_block_t work)//work 任務(wù)
{
    dispatch_continuation_t dc = _dispatch_continuation_alloc();
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_CONSUME;
    dispatch_qos_t qos;

    // 任務(wù)包裝器（work在這里才有使用） - 接受work - 保存work - 并函數(shù)式編程
    // 保存 block 
    qos = _dispatch_continuation_init(dc, dq, work, 0, dc_flags);
    //并發(fā)處理
    _dispatch_continuation_async(dq, dc, qos, dc->dc_flags);
}

_dispatch_continuation_init 任務(wù)包裝器

進(jìn)入_dispatch_continuation_init源碼實(shí)現(xiàn)，主要是包裝任務(wù)颇蜡，并設(shè)置線程的回程函數(shù)价说，相當(dāng)于初始化

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline dispatch_qos_t
_dispatch_continuation_init(dispatch_continuation_t dc,
        dispatch_queue_class_t dqu, dispatch_block_t work,
        dispatch_block_flags_t flags, uintptr_t dc_flags)
{
    void *ctxt = _dispatch_Block_copy(work);//拷貝任務(wù)

    dc_flags |= DC_FLAG_BLOCK | DC_FLAG_ALLOCATED;
    if (unlikely(_dispatch_block_has_private_data(work))) {
        dc->dc_flags = dc_flags;
        dc->dc_ctxt = ctxt;//賦值
        // will initialize all fields but requires dc_flags & dc_ctxt to be set
        return _dispatch_continuation_init_slow(dc, dqu, flags);
    }

    dispatch_function_t func = _dispatch_Block_invoke(work);//封裝work - 異步回調(diào)
    if (dc_flags & DC_FLAG_CONSUME) {
        func = _dispatch_call_block_and_release;//回調(diào)函數(shù)賦值 - 同步回調(diào)
    }
    return _dispatch_continuation_init_f(dc, dqu, ctxt, func, flags, dc_flags);
}

主要有以下幾步

• 通過_dispatch_Block_copy拷貝任務(wù)

• 通過_dispatch_Block_invoke封裝任務(wù)辆亏，其中_dispatch_Block_invoke是個宏定義，根據(jù)以上分析得知是異步回調(diào)

#define _dispatch_Block_invoke(bb) \
        ((dispatch_function_t)((struct Block_layout *)bb)->invoke)

• 如果是同步的鳖目，則回調(diào)函數(shù)賦值為_dispatch_call_block_and_release

• 通過_dispatch_continuation_init_f方法將回調(diào)函數(shù)賦值扮叨，即f就是func，將其保存在屬性中
  

  dispatch_async底層分析-1

_dispatch_continuation_async 并發(fā)處理

這個函數(shù)中领迈，主要是執(zhí)行block回調(diào)

• 進(jìn)入_dispatch_continuation_async的源碼實(shí)現(xiàn)

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_async(dispatch_queue_class_t dqu,
        dispatch_continuation_t dc, dispatch_qos_t qos, uintptr_t dc_flags)
{
#if DISPATCH_INTROSPECTION
    if (!(dc_flags & DC_FLAG_NO_INTROSPECTION)) {
        _dispatch_trace_item_push(dqu, dc);//跟蹤日志
    }
#else
    (void)dc_flags;
#endif
    return dx_push(dqu._dq, dc, qos);//與dx_invoke一樣彻磁，都是宏
}

• 其中的關(guān)鍵代碼是dx_push(dqu._dq, dc, qos)，dx_push是宏定義狸捅，如下所示

#define dx_push(x, y, z) dx_vtable(x)->dq_push(x, y, z)

• 而其中的dq_push需要根據(jù)隊列的類型衷蜓，執(zhí)行不同的函數(shù)
  
  dispatch_async底層分析-2

符號斷點(diǎn)調(diào)試執(zhí)行函數(shù)

• 運(yùn)行demo，通過符號斷點(diǎn)尘喝，來判斷執(zhí)行的是哪個函數(shù)磁浇，由于是并發(fā)隊列，通過增加_dispatch_lane_concurrent_push符號斷點(diǎn)朽褪，看看是否會走到這里

dispatch_queue_t conque = dispatch_queue_create("com.CJL.Queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(conque, ^{
    NSLog(@"異步函數(shù)");
});

• 運(yùn)行發(fā)現(xiàn)置吓，走的確實(shí)是_dispatch_lane_concurrent_push
  

  dispatch_async底層分析-3

• 進(jìn)入_dispatch_lane_concurrent_push源碼，發(fā)現(xiàn)有兩步缔赠，繼續(xù)通過符號斷點(diǎn)_dispatch_continuation_redirect_push和_dispatch_lane_push調(diào)試衍锚，發(fā)現(xiàn)走的是_dispatch_continuation_redirect_push
  

  dispatch_async底層分析-4

• 進(jìn)入_dispatch_continuation_redirect_push源碼，發(fā)現(xiàn)又走到了dx_push嗤堰，即遞歸了戴质，綜合前面隊列創(chuàng)建時可知，隊列也是一個對象梁棠，有父類置森、根類，所以會遞歸執(zhí)行到根類的方法
  

  dispatch_async底層分析-5

• 接下來符糊，通過根類的_dispatch_root_queue_push符號斷點(diǎn)凫海，來驗證猜想是否正確，從運(yùn)行結(jié)果看出男娄，完全是正確的
  

  dispatch_async底層分析-6

• 進(jìn)入_dispatch_root_queue_push -> _dispatch_root_queue_push_inline ->_dispatch_root_queue_poke -> _dispatch_root_queue_poke_slow源碼行贪，經(jīng)過符號斷點(diǎn)驗證，確實(shí)是走的這里模闲，查看該方法的源碼實(shí)現(xiàn)建瘫，主要有兩步操作

  • 通過_dispatch_root_queues_init方法注冊回調(diào)

  • 通過do-while循環(huán)創(chuàng)建線程，使用pthread_create方法

DISPATCH_NOINLINE
static void
_dispatch_root_queue_poke_slow(dispatch_queue_global_t dq, int n, int floor)
{
    int remaining = n;
    int r = ENOSYS;

    _dispatch_root_queues_init();//重點(diǎn)
    
    ...
    //do-while循環(huán)創(chuàng)建線程
    do {
        _dispatch_retain(dq); // released in _dispatch_worker_thread
        while ((r = pthread_create(pthr, attr, _dispatch_worker_thread, dq))) {
            if (r != EAGAIN) {
                (void)dispatch_assume_zero(r);
            }
            _dispatch_temporary_resource_shortage();
        }
    } while (--remaining);
    
    ...
}

_dispatch_root_queues_init

• 進(jìn)入_dispatch_root_queues_init源碼實(shí)現(xiàn)尸折，發(fā)現(xiàn)是一個dispatch_once_f單例（請查看后續(xù)單例的底層分析們啰脚，這里不作說明），其中傳入的func是_dispatch_root_queues_init_once实夹。

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_root_queues_init(void)
{
    dispatch_once_f(&_dispatch_root_queues_pred, NULL, _dispatch_root_queues_init_once);
}

• 進(jìn)入_dispatch_root_queues_init_once的源碼橄浓，其內(nèi)部不同事務(wù)的調(diào)用句柄都是_dispatch_worker_thread2
  
  dispatch_async底層分析-7

其block回調(diào)執(zhí)行的調(diào)用路徑為：_dispatch_root_queues_init_once ->_dispatch_worker_thread2 -> _dispatch_root_queue_drain -> _dispatch_root_queue_drain -> _dispatch_continuation_pop_inline -> _dispatch_continuation_invoke_inline -> _dispatch_client_callout -> dispatch_call_block_and_release

這個路徑可以通過斷點(diǎn)粒梦，bt打印堆棧信息得出

dispatch_async底層分析-8

說明

在這里需要說明一點(diǎn)的是陈轿，單例的block回調(diào)和異步函數(shù)的block回調(diào)是不同的

• 單例中冻记，block回調(diào)中的func是_dispatch_Block_invoke(block)

• 而異步函數(shù)中，block回調(diào)中的func是dispatch_call_block_and_release

總結(jié)

所以旱函，綜上所述准给，異步函數(shù)的底層分析如下

• 【準(zhǔn)備工作】：首先泄朴，將異步任務(wù)拷貝并封裝，并設(shè)置回調(diào)函數(shù)func

• 【block回調(diào)】：底層通過dx_push遞歸露氮，會重定向到根隊列祖灰，然后通過pthread_creat創(chuàng)建線程，最后通過dx_invoke執(zhí)行block回調(diào)（注意dx_push 和 dx_invoke 是成對的）

異步函數(shù)的底層分析流程如圖所示

dispatch_async底層分析流程

同步函數(shù)

進(jìn)入dispatch_sync源碼實(shí)現(xiàn)沦辙，其底層的實(shí)現(xiàn)是通過柵欄函數(shù)實(shí)現(xiàn)的(柵欄函數(shù)的底層分析見后文)

DISPATCH_NOINLINE
void
dispatch_sync(dispatch_queue_t dq, dispatch_block_t work)
{
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_BLOCK;
    if (unlikely(_dispatch_block_has_private_data(work))) {
        return _dispatch_sync_block_with_privdata(dq, work, dc_flags);
    }
    _dispatch_sync_f(dq, work, _dispatch_Block_invoke(work), dc_flags);
}

• 進(jìn)入_dispatch_sync_f源碼
  

  dispatch_sync底層分析-1

• 查看_dispatch_sync_f_inline源碼夫植，其中width = 1表示是串行隊列，其中有兩個重點(diǎn)：

  • 柵欄：_dispatch_barrier_sync_f（可以通過后文的柵欄函數(shù)底層分析解釋）油讯，可以得出同步函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)是同步柵欄函數(shù)

  • 死鎖：_dispatch_sync_f_slow详民，如果存在相互等待的情況，就會造成死鎖

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_sync_f_inline(dispatch_queue_t dq, void *ctxt,
        dispatch_function_t func, uintptr_t dc_flags)
{
    if (likely(dq->dq_width == 1)) {//表示是串行隊列
        return _dispatch_barrier_sync_f(dq, ctxt, func, dc_flags);//柵欄
    }

    if (unlikely(dx_metatype(dq) != _DISPATCH_LANE_TYPE)) {
        DISPATCH_CLIENT_CRASH(0, "Queue type doesn't support dispatch_sync");
    }

    dispatch_lane_t dl = upcast(dq)._dl;
    // Global concurrent queues and queues bound to non-dispatch threads
    // always fall into the slow case, see DISPATCH_ROOT_QUEUE_STATE_INIT_VALUE
    if (unlikely(!_dispatch_queue_try_reserve_sync_width(dl))) {
        return _dispatch_sync_f_slow(dl, ctxt, func, 0, dl, dc_flags);//死鎖
    }

    if (unlikely(dq->do_targetq->do_targetq)) {
        return _dispatch_sync_recurse(dl, ctxt, func, dc_flags);
    }
    _dispatch_introspection_sync_begin(dl);//處理當(dāng)前信息
    _dispatch_sync_invoke_and_complete(dl, ctxt, func DISPATCH_TRACE_ARG(
            _dispatch_trace_item_sync_push_pop(dq, ctxt, func, dc_flags)));//block執(zhí)行并釋放
}

_dispatch_sync_f_slow 死鎖

• 進(jìn)入_dispatch_sync_f_slow陌兑，當(dāng)前的主隊列是掛起沈跨、阻塞的
  

  _dispatch_sync_f_slow底層分析-1

• 往一個隊列中 加入任務(wù)，會push加入主隊列兔综，進(jìn)入_dispatch_trace_item_push
  

  _dispatch_sync_f_slow底層分析-2

• 進(jìn)入__DISPATCH_WAIT_FOR_QUEUE__饿凛，判斷dq是否為正在等待的隊列，然后給出一個狀態(tài)state软驰，然后將dq的狀態(tài)和當(dāng)前任務(wù)依賴的隊列進(jìn)行匹配
  

  _dispatch_sync_f_slow底層分析-3

• 進(jìn)入_dq_state_drain_locked_by -> _dispatch_lock_is_locked_by源碼

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline bool
_dispatch_lock_is_locked_by(dispatch_lock lock_value, dispatch_tid tid)
{
    // equivalent to _dispatch_lock_owner(lock_value) == tid
    //異或操作：相同為0涧窒，不同為1，如果相同锭亏，則為0纠吴，0 &任何數(shù)都為0
    //即判斷 當(dāng)前要等待的任務(wù) 和 正在執(zhí)行的任務(wù)是否一樣，通俗的解釋就是 執(zhí)行和等待的是否在同一隊列
    return ((lock_value ^ tid) & DLOCK_OWNER_MASK) == 0;
}

如果當(dāng)前等待的和正在執(zhí)行的是同一個隊列慧瘤，即判斷線程ID是否相乘戴已，如果相等，則會造成死鎖

同步函數(shù) + 并發(fā)隊列 順序執(zhí)行的原因

在_dispatch_sync_invoke_and_complete -> _dispatch_sync_function_invoke_inline源碼中锅减，主要有三個步驟:

• 將任務(wù)壓入隊列： _dispatch_thread_frame_push
• 執(zhí)行任務(wù)的block回調(diào)： _dispatch_client_callout
• 將任務(wù)出隊：_dispatch_thread_frame_pop

從實(shí)現(xiàn)中可以看出糖儡，是先將任務(wù)push隊列中，然后執(zhí)行block回調(diào)怔匣，在將任務(wù)pop握联，所以任務(wù)是順序執(zhí)行的。

總結(jié)

同步函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)如下：

• 同步函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)實(shí)際是同步柵欄函數(shù)

• 同步函數(shù)中如果當(dāng)前正在執(zhí)行的隊列和等待的是同一個隊列，形成相互等待的局面拴疤，則會造成死鎖

所以永部，綜上所述独泞，同步函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)流程如圖所示

dispatch_sync底層分析-2

單例

在日常開發(fā)中呐矾，我們一般使用GCD的dispatch_once來創(chuàng)建單例，如下所示

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    NSLog(@"單例應(yīng)用");
});

首先對于單例懦砂，我們需要了解兩點(diǎn)

• 【執(zhí)行一次的原因】單例的流程只執(zhí)行一次蜒犯，底層是如何控制的，即為什么只能執(zhí)行一次荞膘？
• 【block調(diào)用時機(jī)】單例的block是在什么時候進(jìn)行調(diào)用的罚随？

下面帶著以下兩點(diǎn)疑問，我們來針對單例的底層進(jìn)行分析

• 進(jìn)入dispatch_once源碼實(shí)現(xiàn),底層是通過dispatch_once_f實(shí)現(xiàn)的

  • 參數(shù)1：onceToken羽资，它是一個靜態(tài)變量淘菩，由于不同位置定義的靜態(tài)變量是不同的，所以靜態(tài)變量具有唯一性

  • 參數(shù)2：block回調(diào)

void
dispatch_once(dispatch_once_t *val, dispatch_block_t block)
{
    dispatch_once_f(val, block, _dispatch_Block_invoke(block));
}

• 進(jìn)入dispatch_once_f源碼屠升，其中的val 是外界傳入的onceToken靜態(tài)變量潮改，而func是_dispatch_Block_invoke(block)，其中單例的底層主要分為以下幾步

  • 將val腹暖，也就是靜態(tài)變量轉(zhuǎn)換為dispatch_once_gate_t類型的變量l

  • 通過os_atomic_load獲取此時的任務(wù)的標(biāo)識符v

    • 如果v等于DLOCK_ONCE_DONE汇在，表示任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行過了，直接return

    • 如果 任務(wù)執(zhí)行后脏答，加鎖失敗了糕殉，則走到_dispatch_once_mark_done_if_quiesced函數(shù)，再次進(jìn)行存儲殖告，將標(biāo)識符置為DLOCK_ONCE_DONE

    • 反之阿蝶，則通過_dispatch_once_gate_tryenter嘗試進(jìn)入任務(wù)，即解鎖黄绩，然后執(zhí)行_dispatch_once_callout執(zhí)行block回調(diào)

  • 如果此時有任務(wù)正在執(zhí)行羡洁，再次進(jìn)來一個任務(wù)2，則通過_dispatch_once_wait函數(shù)讓任務(wù)2進(jìn)入無限次等待

DISPATCH_NOINLINE
void
dispatch_once_f(dispatch_once_t *val, void *ctxt, dispatch_function_t func)
{
    dispatch_once_gate_t l = (dispatch_once_gate_t)val;

#if !DISPATCH_ONCE_INLINE_FASTPATH || DISPATCH_ONCE_USE_QUIESCENT_COUNTER
    uintptr_t v = os_atomic_load(&l->dgo_once, acquire);//load
    if (likely(v == DLOCK_ONCE_DONE)) {//已經(jīng)執(zhí)行過了宝与，直接返回
        return;
    }
#if DISPATCH_ONCE_USE_QUIESCENT_COUNTER
    if (likely(DISPATCH_ONCE_IS_GEN(v))) {
        return _dispatch_once_mark_done_if_quiesced(l, v);
    }
#endif
#endif
    if (_dispatch_once_gate_tryenter(l)) {//嘗試進(jìn)入
        return _dispatch_once_callout(l, ctxt, func);
    }
    return _dispatch_once_wait(l);//無限次等待
}

_dispatch_once_gate_tryenter 解鎖

查看其源碼焚廊，主要是通過底層os_atomic_cmpxchg方法進(jìn)行對比，如果比較沒有問題习劫，則進(jìn)行加鎖咆瘟，即任務(wù)的標(biāo)識符置為DLOCK_ONCE_UNLOCKED

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline bool
_dispatch_once_gate_tryenter(dispatch_once_gate_t l)
{
    return os_atomic_cmpxchg(&l->dgo_once, DLOCK_ONCE_UNLOCKED,
            (uintptr_t)_dispatch_lock_value_for_self(), relaxed);//首先對比，然后進(jìn)行改變
}

_dispatch_once_callout 回調(diào)

進(jìn)入_dispatch_once_callout源碼诽里，主要就兩步

• _dispatch_client_callout：block回調(diào)執(zhí)行

• _dispatch_once_gate_broadcast：進(jìn)行廣播

DISPATCH_NOINLINE
static void
_dispatch_once_callout(dispatch_once_gate_t l, void *ctxt,
        dispatch_function_t func)
{
    _dispatch_client_callout(ctxt, func);//block調(diào)用執(zhí)行
    _dispatch_once_gate_broadcast(l);//進(jìn)行廣播：告訴別人有了歸屬袒餐，不要找我了

• 進(jìn)入_dispatch_client_callout源碼，主要就是執(zhí)行block回調(diào)，其中的f等于_dispatch_Block_invoke(block)灸眼，即異步回調(diào)

#undef _dispatch_client_callout
void
_dispatch_client_callout(void *ctxt, dispatch_function_t f)
{
    @try {
        return f(ctxt);
    }
    @catch (...) {
        objc_terminate();
    }
}

• 進(jìn)入 _dispatch_once_gate_broadcast -> _dispatch_once_mark_done源碼卧檐，主要就是給dgo->dgo_once一個值，然后將任務(wù)的標(biāo)識符為DLOCK_ONCE_DONE焰宣，即解鎖

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline uintptr_t
_dispatch_once_mark_done(dispatch_once_gate_t dgo)
{
    //如果不相同霉囚，直接改為相同，然后上鎖 -- DLOCK_ONCE_DONE
    return os_atomic_xchg(&dgo->dgo_once, DLOCK_ONCE_DONE, release);
}

總結(jié)

針對單例的底層實(shí)現(xiàn)匕积，主要說明如下：

• 【單例只執(zhí)行一次的原理】：GCD單例中盈罐，有兩個重要參數(shù)，onceToken 和 block闪唆，其中onceToken是靜態(tài)變量盅粪，具有唯一性，在底層被封裝成了dispatch_once_gate_t類型的變量l悄蕾，l主要是用來獲取底層原子封裝性的關(guān)聯(lián)票顾，即變量v，通過v來查詢?nèi)蝿?wù)的狀態(tài)帆调，如果此時v等于DLOCK_ONCE_DONE奠骄，說明任務(wù)已經(jīng)處理過一次了，直接return

• 【block調(diào)用時機(jī)】：如果此時任務(wù)沒有執(zhí)行過贷帮，則會在底層通過C++函數(shù)的比較戚揭，將任務(wù)進(jìn)行加鎖，即任務(wù)狀態(tài)置為DLOCK_ONCE_UNLOCK撵枢，目的是為了保證當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行的唯一性民晒，防止在其他地方有多次定義。加鎖之后進(jìn)行block回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行锄禽，執(zhí)行完成后潜必，將當(dāng)前任務(wù)解鎖，將當(dāng)前的任務(wù)狀態(tài)置為DLOCK_ONCE_DONE沃但，在下次進(jìn)來時磁滚，就不會在執(zhí)行，會直接返回

• 【多線程影響】：如果在當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行期間宵晚，有其他任務(wù)進(jìn)來垂攘，會進(jìn)入無限次等待，原因是當(dāng)前任務(wù)已經(jīng)獲取了鎖淤刃，進(jìn)行了加鎖晒他，其他任務(wù)是無法獲取鎖的

單例的底層流程分析如下如所示

dispatch_once底層分析流程

柵欄函數(shù)

GCD中常用的柵欄函數(shù)，主要有兩種

• 同步柵欄函數(shù)dispatch_barrier_sync（在主線程中執(zhí)行）：前面的任務(wù)執(zhí)行完畢才會來到這里逸贾，但是同步柵欄函數(shù)會堵塞線程陨仅，影響后面的任務(wù)執(zhí)行

• 異步柵欄函數(shù)dispatch_barrier_async：前面的任務(wù)執(zhí)行完畢才會來到這里

柵欄函數(shù)最直接的作用就是 控制任務(wù)執(zhí)行順序津滞，使同步執(zhí)行。

同時灼伤，柵欄函數(shù)需要注意一下幾點(diǎn)

• 柵欄函數(shù)只能控制同一并發(fā)隊列

• 同步柵欄添加進(jìn)入隊列的時候触徐，當(dāng)前線程會被鎖死，直到同步柵欄之前的任務(wù)和同步柵欄任務(wù)本身執(zhí)行完畢時狐赡，當(dāng)前線程才會打開然后繼續(xù)執(zhí)行下一句代碼撞鹉。

• 在使用柵欄函數(shù)時.使用自定義隊列才有意義,如果用的是串行隊列或者系統(tǒng)提供的全局并發(fā)隊列,這個柵欄函數(shù)的作用等同于一個同步函數(shù)的作用，沒有任何意義

代碼調(diào)試

總共有4個任務(wù)猾警，其中前2個任務(wù)有依賴關(guān)系孔祸，即任務(wù)1執(zhí)行完，執(zhí)行任務(wù)2发皿，此時可以使用柵欄函數(shù)

• 異步柵欄函數(shù) 不會阻塞主線程 ，異步 堵塞 的是隊列
  

  柵欄調(diào)試-1

• 同步柵欄函數(shù) 會堵塞主線程拂蝎，同步 堵塞 是當(dāng)前的線程
  

  柵欄調(diào)試-2

總結(jié)

• 異步柵欄函數(shù)阻塞的是隊列穴墅，而且必須是自定義的并發(fā)隊列，不影響主線程任務(wù)的執(zhí)行

• 同步柵欄函數(shù)阻塞的是線程温自，且是主線程玄货，會影響主線程其他任務(wù)的執(zhí)行

使用場景

柵欄函數(shù)除了用于任務(wù)有依賴關(guān)系時，同時還可以用于數(shù)據(jù)安全

像下面這樣操作悼泌，會崩潰

使用場景

崩潰的原因是：數(shù)據(jù)在不斷的retain 和 release松捉，在數(shù)據(jù)還沒有retain完畢時，已經(jīng)開始了release馆里，相當(dāng)于加了一個空數(shù)據(jù)隘世，進(jìn)行release

修改

• 通過加?xùn)艡诤瘮?shù)

- (void)use041{
    dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.CJL.Queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    
    for (int i = 0; i<100000; i++) {
        dispatch_async(concurrentQueue, ^{
            dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{
                [array addObject:[NSString stringWithFormat:@"%d", i]];
            });
        });
    }
}

• 使用互斥鎖@synchronized (self) {}

- (void)use041{
    dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.CJL.Queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    
    for (int i = 0; i<100000; i++) {
        dispatch_async(concurrentQueue, ^{
            @synchronized (self) {
                [array addObject:[NSString stringWithFormat:@"%d", i]];
            };
        });
    }
}

注意

• 如果柵欄函數(shù)中使用 全局隊列， 運(yùn)行會崩潰鸠踪，原因是系統(tǒng)也在用全局并發(fā)隊列丙者，使用柵欄同時會攔截系統(tǒng)的，所以會崩潰

• 如果將自定義并發(fā)隊列改為串行隊列营密，即serial 械媒，串行隊列本身就是有序同步 此時加?xùn)艡冢瑫速M(fèi)性能

• 柵欄函數(shù)只會阻塞一次

異步柵欄函數(shù) 底層分析

進(jìn)入dispatch_barrier_async源碼實(shí)現(xiàn)评汰，其底層的實(shí)現(xiàn)與dispatch_async類似纷捞，這里就不再做分析了，有興趣的可以自行探索下

#ifdef __BLOCKS__
void
dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t dq, dispatch_block_t work)
{
    dispatch_continuation_t dc = _dispatch_continuation_alloc();
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_CONSUME | DC_FLAG_BARRIER;
    dispatch_qos_t qos;

    qos = _dispatch_continuation_init(dc, dq, work, 0, dc_flags);
    _dispatch_continuation_async(dq, dc, qos, dc_flags);
}
#endif

同步柵欄函數(shù) 底層分析

進(jìn)入dispatch_barrier_sync源碼被去，實(shí)現(xiàn)如下

void
dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t dq, dispatch_block_t work)
{
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_BARRIER | DC_FLAG_BLOCK;
    if (unlikely(_dispatch_block_has_private_data(work))) {
        return _dispatch_sync_block_with_privdata(dq, work, dc_flags);
    }
    _dispatch_barrier_sync_f(dq, work, _dispatch_Block_invoke(work), dc_flags);
}

_dispatch_barrier_sync_f_inline

進(jìn)入_dispatch_barrier_sync_f -> _dispatch_barrier_sync_f_inline源碼

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_barrier_sync_f_inline(dispatch_queue_t dq, void *ctxt,
        dispatch_function_t func, uintptr_t dc_flags)
{
    dispatch_tid tid = _dispatch_tid_self();//獲取線程的id主儡，即線程的唯一標(biāo)識
    
    ...
    
    //判斷線程狀態(tài)，需不需要等待编振，是否回收
    if (unlikely(!_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync(dl, tid))) {//柵欄函數(shù)也會死鎖
        return _dispatch_sync_f_slow(dl, ctxt, func, DC_FLAG_BARRIER, dl,//沒有回收
                DC_FLAG_BARRIER | dc_flags);
    }
    //驗證target是否存在缀辩，如果存在臭埋，加入柵欄函數(shù)的遞歸查找 是否等待
    if (unlikely(dl->do_targetq->do_targetq)) {
        return _dispatch_sync_recurse(dl, ctxt, func,
                DC_FLAG_BARRIER | dc_flags);
    }
    _dispatch_introspection_sync_begin(dl);
    _dispatch_lane_barrier_sync_invoke_and_complete(dl, ctxt, func
            DISPATCH_TRACE_ARG(_dispatch_trace_item_sync_push_pop(
                    dq, ctxt, func, dc_flags | DC_FLAG_BARRIER)));//執(zhí)行
}

源碼主要有分為以下幾部分

• 通過_dispatch_tid_self獲取線程ID

• 通過_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync判斷線程狀態(tài)
  

  dispatch_barrier_sync底層分析-1
  • 進(jìn)入_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync_and_suspend，在這里進(jìn)行釋放
    
    dispatch_barrier_sync底層分析-2

• 通過_dispatch_sync_recurse遞歸查找柵欄函數(shù)的target

• 通過_dispatch_introspection_sync_begin對向前信息進(jìn)行處理
  

  dispatch_barrier_sync底層分析-3

• 通過_dispatch_lane_barrier_sync_invoke_and_complete執(zhí)行block并釋放
  

  dispatch_barrier_sync底層分析-4

信號量

信號量的作用一般是用來使任務(wù)同步執(zhí)行臀玄，類似于互斥鎖瓢阴，用戶可以根據(jù)需要控制GCD最大并發(fā)數(shù)，一般是這樣使用的

//信號量
dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(1);

dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_semaphore_signal(sem);

下面我們來分析其底層原理

dispatch_semaphore_create 創(chuàng)建

該函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)如下健无，主要是初始化信號量荣恐，并設(shè)置GCD的最大并發(fā)數(shù)，其最大并發(fā)數(shù)必須大于0

dispatch_semaphore_t
dispatch_semaphore_create(long value)
{
    dispatch_semaphore_t dsema;

    // If the internal value is negative, then the absolute of the value is
    // equal to the number of waiting threads. Therefore it is bogus to
    // initialize the semaphore with a negative value.
    if (value < 0) {
        return DISPATCH_BAD_INPUT;
    }

    dsema = _dispatch_object_alloc(DISPATCH_VTABLE(semaphore),
            sizeof(struct dispatch_semaphore_s));
    dsema->do_next = DISPATCH_OBJECT_LISTLESS;
    dsema->do_targetq = _dispatch_get_default_queue(false);
    dsema->dsema_value = value;
    _dispatch_sema4_init(&dsema->dsema_sema, _DSEMA4_POLICY_FIFO);
    dsema->dsema_orig = value;
    return dsema;
}

dispatch_semaphore_wait 加鎖

該函數(shù)的源碼實(shí)現(xiàn)如下累贤，其主要作用是對信號量dsema通過os_atomic_dec2o進(jìn)行了--操作叠穆，其內(nèi)部是執(zhí)行的C++的atomic_fetch_sub_explicit方法

• 如果value 大于等于0，表示操作無效臼膏，即執(zhí)行成功

• 如果value 等于LONG_MIN硼被，系統(tǒng)會拋出一個crash

• 如果value 小于0，則進(jìn)入長等待

long
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout)
{
    // dsema_value 進(jìn)行 -- 操作
    long value = os_atomic_dec2o(dsema, dsema_value, acquire);
    if (likely(value >= 0)) {//表示執(zhí)行操作無效渗磅，即執(zhí)行成功
        return 0;
    }
    return _dispatch_semaphore_wait_slow(dsema, timeout);//長等待
}

其中os_atomic_dec2o的宏定義轉(zhuǎn)換如下

os_atomic_inc2o(p, f, m) 
??
os_atomic_sub2o(p, f, 1, m)
??
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, sub, -)
??
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, add, +)
??
({ _os_atomic_basetypeof(p) _v = (v), _r = \
        atomic_fetch_##o##_explicit(_os_atomic_c11_atomic(p), _v, \
        memory_order_##m); (__typeof__(_r))(_r op _v); })

將具體的值代入為

os_atomic_dec2o(dsema, dsema_value, acquire);

os_atomic_sub2o(dsema, dsema_value, 1, m)

os_atomic_sub(dsema->dsema_value, 1, m)

_os_atomic_c11_op(dsema->dsema_value, 1, m, sub, -)

_r = atomic_fetch_sub_explicit(dsema->dsema_value, 1),
等價于 dsema->dsema_value - 1

• 進(jìn)入_dispatch_semaphore_wait_slow的源碼實(shí)現(xiàn)嚷硫，當(dāng)value小于0時，根據(jù)等待事件timeout做出不同操作
  
  dispatch_semaphore_wait底層分析-1

dispatch_semaphore_signal 解鎖

該函數(shù)的源碼實(shí)現(xiàn)如下始鱼，其核心也是通過os_atomic_inc2o函數(shù)對value進(jìn)行了++操作仔掸，os_atomic_inc2o內(nèi)部是通過C++的atomic_fetch_add_explicit

• 如果value 大于 0，表示操作無效医清，即執(zhí)行成功

• 如果value 等于0起暮，則進(jìn)入長等待

long
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema)
{
    //signal 對 value是 ++
    long value = os_atomic_inc2o(dsema, dsema_value, release);
    if (likely(value > 0)) {//返回0，表示當(dāng)前的執(zhí)行操作無效会烙，相當(dāng)于執(zhí)行成功
        return 0;
    }
    if (unlikely(value == LONG_MIN)) {
        DISPATCH_CLIENT_CRASH(value,
                "Unbalanced call to dispatch_semaphore_signal()");
    }
    return _dispatch_semaphore_signal_slow(dsema);//進(jìn)入長等待
}

其中os_atomic_dec2o的宏定義轉(zhuǎn)換如下

os_atomic_inc2o(p, f, m) 
??
os_atomic_add2o(p, f, 1, m)
??
os_atomic_add(&(p)->f, (v), m)
??
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, add, +)
??
({ _os_atomic_basetypeof(p) _v = (v), _r = \
        atomic_fetch_##o##_explicit(_os_atomic_c11_atomic(p), _v, \
        memory_order_##m); (__typeof__(_r))(_r op _v); })

將具體的值代入為

os_atomic_inc2o(dsema, dsema_value, release);

os_atomic_add2o(dsema, dsema_value, 1, m) 

os_atomic_add(&(dsema)->dsema_value, (1), m)

_os_atomic_c11_op((dsema->dsema_value), (1), m, add, +)

_r = atomic_fetch_add_explicit(dsema->dsema_value, 1),
等價于 dsema->dsema_value + 1

總結(jié)

• dispatch_semaphore_create 主要就是初始化限號量

• dispatch_semaphore_wait是對信號量的value進(jìn)行--负懦，即加鎖操作

• dispatch_semaphore_signal 是對信號量的value進(jìn)行++，即解鎖操作

所以持搜，綜上所述密似，信號量相關(guān)函數(shù)的底層操作如圖所示

信號量底層分析流程

調(diào)度組

調(diào)度組的最直接作用是控制任務(wù)執(zhí)行順序，常見方式如下

dispatch_group_create 創(chuàng)建組 
dispatch_group_async 進(jìn)組任務(wù) 
dispatch_group_notify 進(jìn)組任務(wù)執(zhí)行完畢通知 dispatch_group_wait 進(jìn)組任務(wù)執(zhí)行等待時間

//進(jìn)組和出組一般是成對使用的
dispatch_group_enter 進(jìn)組 
dispatch_group_leave 出組

使用

假設(shè)目前有兩個任務(wù)葫盼，需要等待這兩個任務(wù)都執(zhí)行完畢残腌，才會更新UI，可以使用調(diào)度組

使用

• 【修改一】如果將dispatch_group_notify移動到最前面贫导，能否執(zhí)行抛猫？
  
  修改1

能執(zhí)行，但是是只要有enter-leave成對匹配孩灯，notify就會執(zhí)行闺金，不會等兩個組都執(zhí)行完。意思就是只要enter-leave成對就可以執(zhí)行

• 【修改二】再加一個enter峰档，即enter：wait 是 3：2败匹，能否執(zhí)行notify寨昙？
  
  修改2

不能，會一直等待掀亩，等一個leave舔哪，才會執(zhí)行notify

• 【修改三】如果是 enter：wait 是 2：3，能否執(zhí)行notify槽棍？

  
  
  修改3

會崩潰捉蚤，因為enter-leave不成對，崩潰在里面是因為async有延遲

dispatch_group_create 創(chuàng)建組

主要是創(chuàng)建group炼七，并設(shè)置屬性缆巧，此時的group的value為0

• 進(jìn)入dispatch_group_create源碼

dispatch_group_t
dispatch_group_create(void)
{
    return _dispatch_group_create_with_count(0);
}

• 進(jìn)入_dispatch_group_create_with_count源碼，其中是對group對象屬性賦值豌拙，并返回group對象陕悬，其中的n等于0

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline dispatch_group_t
_dispatch_group_create_with_count(uint32_t n)
{
    //創(chuàng)建group對象,類型為OS_dispatch_group
    dispatch_group_t dg = _dispatch_object_alloc(DISPATCH_VTABLE(group),
            sizeof(struct dispatch_group_s));
    //group對象賦值
    dg->do_next = DISPATCH_OBJECT_LISTLESS;
    dg->do_targetq = _dispatch_get_default_queue(false);
    if (n) {
        os_atomic_store2o(dg, dg_bits,
                (uint32_t)-n * DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL, relaxed);
        os_atomic_store2o(dg, do_ref_cnt, 1, relaxed); // <rdar://22318411>
    }
    return dg;
}

dispatch_group_enter 進(jìn)組

進(jìn)入dispatch_group_enter源碼，通過os_atomic_sub_orig2o對dg->dg.bits 作 --操作姆蘸，對數(shù)值進(jìn)行處理

void
dispatch_group_enter(dispatch_group_t dg)
{
    // The value is decremented on a 32bits wide atomic so that the carry
    // for the 0 -> -1 transition is not propagated to the upper 32bits.
    uint32_t old_bits = os_atomic_sub_orig2o(dg, dg_bits,//原子遞減 0 -> -1
            DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL, acquire);
    uint32_t old_value = old_bits & DISPATCH_GROUP_VALUE_MASK;
    if (unlikely(old_value == 0)) {//如果old_value
        _dispatch_retain(dg); // <rdar://problem/22318411>
    }
    if (unlikely(old_value == DISPATCH_GROUP_VALUE_MAX)) {//到達(dá)臨界值墩莫，會報crash
        DISPATCH_CLIENT_CRASH(old_bits,
                "Too many nested calls to dispatch_group_enter()");
    }
}

dispatch_group_leave 出組

• 進(jìn)入dispatch_group_leave源碼
  • -1 到 0，即++操作
  • 根據(jù)狀態(tài)逞敷，do-while循環(huán)，喚醒執(zhí)行block任務(wù)
  • 如果0 + 1 = 1灌侣，enter-leave不平衡推捐，即leave多次調(diào)用，會crash

void
dispatch_group_leave(dispatch_group_t dg)
{
    // The value is incremented on a 64bits wide atomic so that the carry for
    // the -1 -> 0 transition increments the generation atomically.
    uint64_t new_state, old_state = os_atomic_add_orig2o(dg, dg_state,//原子遞增 ++
            DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL, release);
    uint32_t old_value = (uint32_t)(old_state & DISPATCH_GROUP_VALUE_MASK);
    //根據(jù)狀態(tài)侧啼，喚醒
    if (unlikely(old_value == DISPATCH_GROUP_VALUE_1)) {
        old_state += DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL;
        do {
            new_state = old_state;
            if ((old_state & DISPATCH_GROUP_VALUE_MASK) == 0) {
                new_state &= ~DISPATCH_GROUP_HAS_WAITERS;
                new_state &= ~DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS;
            } else {
                // If the group was entered again since the atomic_add above,
                // we can't clear the waiters bit anymore as we don't know for
                // which generation the waiters are for
                new_state &= ~DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS;
            }
            if (old_state == new_state) break;
        } while (unlikely(!os_atomic_cmpxchgv2o(dg, dg_state,
                old_state, new_state, &old_state, relaxed)));
        return _dispatch_group_wake(dg, old_state, true);//喚醒
    }
    //-1 -> 0, 0+1 -> 1牛柒，即多次leave，會報crash痊乾，簡單來說就是enter-leave不平衡
    if (unlikely(old_value == 0)) {
        DISPATCH_CLIENT_CRASH((uintptr_t)old_value,
                "Unbalanced call to dispatch_group_leave()");
    }
}

• 進(jìn)入_dispatch_group_wake源碼皮壁，do-while 循環(huán)進(jìn)行異步命中，調(diào)用_dispatch_continuation_async執(zhí)行

DISPATCH_NOINLINE
static void
_dispatch_group_wake(dispatch_group_t dg, uint64_t dg_state, bool needs_release)
{
    uint16_t refs = needs_release ? 1 : 0; // <rdar://problem/22318411>

    if (dg_state & DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS) {
        dispatch_continuation_t dc, next_dc, tail;

        // Snapshot before anything is notified/woken <rdar://problem/8554546>
        dc = os_mpsc_capture_snapshot(os_mpsc(dg, dg_notify), &tail);
        do {
            dispatch_queue_t dsn_queue = (dispatch_queue_t)dc->dc_data;
            next_dc = os_mpsc_pop_snapshot_head(dc, tail, do_next);
            _dispatch_continuation_async(dsn_queue, dc,
                    _dispatch_qos_from_pp(dc->dc_priority), dc->dc_flags);//block任務(wù)執(zhí)行
            _dispatch_release(dsn_queue);
        } while ((dc = next_dc));//do-while循環(huán)哪审，進(jìn)行異步任務(wù)的命中

        refs++;
    }

    if (dg_state & DISPATCH_GROUP_HAS_WAITERS) {
        _dispatch_wake_by_address(&dg->dg_gen);//地址釋放
    }

    if (refs) _dispatch_release_n(dg, refs);//引用釋放
}

• 進(jìn)入_dispatch_continuation_async源碼

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_async(dispatch_queue_class_t dqu,
        dispatch_continuation_t dc, dispatch_qos_t qos, uintptr_t dc_flags)
{
#if DISPATCH_INTROSPECTION
    if (!(dc_flags & DC_FLAG_NO_INTROSPECTION)) {
        _dispatch_trace_item_push(dqu, dc);//跟蹤日志
    }
#else
    (void)dc_flags;
#endif
    return dx_push(dqu._dq, dc, qos);//與dx_invoke一樣蛾魄，都是宏
}

這步與異步函數(shù)的block回調(diào)執(zhí)行是一致的，這里不再作說明

dispatch_group_notify 通知

• 進(jìn)入dispatch_group_notify源碼湿滓，如果old_state等于0滴须，就可以進(jìn)行釋放了

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_group_notify(dispatch_group_t dg, dispatch_queue_t dq,
        dispatch_continuation_t dsn)
{
    uint64_t old_state, new_state;
    dispatch_continuation_t prev;

    dsn->dc_data = dq;
    _dispatch_retain(dq);
    //獲取dg底層的狀態(tài)標(biāo)識碼，通過os_atomic_store2o獲取的值叽奥，即從dg的狀態(tài)碼 轉(zhuǎn)成了 os底層的state
    prev = os_mpsc_push_update_tail(os_mpsc(dg, dg_notify), dsn, do_next);
    if (os_mpsc_push_was_empty(prev)) _dispatch_retain(dg);
    os_mpsc_push_update_prev(os_mpsc(dg, dg_notify), prev, dsn, do_next);
    if (os_mpsc_push_was_empty(prev)) {
        os_atomic_rmw_loop2o(dg, dg_state, old_state, new_state, release, {
            new_state = old_state | DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS;
            if ((uint32_t)old_state == 0) { //如果等于0扔水，則可以進(jìn)行釋放了
                os_atomic_rmw_loop_give_up({
                    return _dispatch_group_wake(dg, new_state, false);//喚醒
                });
            }
        });
    }
}

除了leave可以通過_dispatch_group_wake喚醒，其中dispatch_group_notify也是可以喚醒的

• 其中os_mpsc_push_update_tail是宏定義朝氓，用于獲取dg的狀態(tài)碼

#define os_mpsc_push_update_tail(Q, tail, _o_next)  ({ \
    os_mpsc_node_type(Q) _tl = (tail); \
    os_atomic_store2o(_tl, _o_next, NULL, relaxed); \
    os_atomic_xchg(_os_mpsc_tail Q, _tl, release); \
})

dispatch_group_async

• 進(jìn)入dispatch_group_async 源碼魔市，主要是包裝任務(wù)和異步處理任務(wù)

#ifdef __BLOCKS__
void
dispatch_group_async(dispatch_group_t dg, dispatch_queue_t dq,
        dispatch_block_t db)
{
    
    dispatch_continuation_t dc = _dispatch_continuation_alloc();
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_CONSUME | DC_FLAG_GROUP_ASYNC;
    dispatch_qos_t qos;
    //任務(wù)包裝器
    qos = _dispatch_continuation_init(dc, dq, db, 0, dc_flags);
    //處理任務(wù)
    _dispatch_continuation_group_async(dg, dq, dc, qos);
}
#endif

• 進(jìn)入_dispatch_continuation_group_async源碼主届，主要是封裝了dispatch_group_enter進(jìn)組操作

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_group_async(dispatch_group_t dg, dispatch_queue_t dq,
        dispatch_continuation_t dc, dispatch_qos_t qos)
{
    dispatch_group_enter(dg);//進(jìn)組
    dc->dc_data = dg;
    _dispatch_continuation_async(dq, dc, qos, dc->dc_flags);//異步操作
}

• 進(jìn)入_dispatch_continuation_async源碼，執(zhí)行常規(guī)的異步函數(shù)底層操作待德。既然有了enter君丁，肯定有l(wèi)eave，我們猜測block執(zhí)行之后隱性的執(zhí)行l(wèi)eave磅网，通過斷點(diǎn)調(diào)試谈截，打印堆棧信息
  
  堆棧信息

• 搜索_dispatch_client_callout的調(diào)用，在_dispatch_continuation_with_group_invoke中

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_with_group_invoke(dispatch_continuation_t dc)
{
    struct dispatch_object_s *dou = dc->dc_data;
    unsigned long type = dx_type(dou);
    if (type == DISPATCH_GROUP_TYPE) {//如果是調(diào)度組類型
        _dispatch_client_callout(dc->dc_ctxt, dc->dc_func);//block回調(diào)
        _dispatch_trace_item_complete(dc);
        dispatch_group_leave((dispatch_group_t)dou);//出組
    } else {
        DISPATCH_INTERNAL_CRASH(dx_type(dou), "Unexpected object type");
    }

所以涧偷，完美的印證dispatch_group_async底層封裝的是enter-leave

總結(jié)

• enter-leave只要成對就可以簸喂，不管遠(yuǎn)近

• dispatch_group_enter在底層是通過C++函數(shù)，對group的value進(jìn)行--操作（即0 -> -1）

• dispatch_group_leave在底層是通過C++函數(shù)燎潮，對group的value進(jìn)行++操作（即-1 -> 0）

• dispatch_group_notify在底層主要是判斷group的state是否等于0喻鳄，當(dāng)?shù)扔?時，就通知

• block任務(wù)的喚醒确封，可以通過dispatch_group_leave除呵，也可以通過dispatch_group_notify

• dispatch_group_async 等同于enter - leave，其底層的實(shí)現(xiàn)就是enter-leave

所以綜上所述爪喘，調(diào)度組的底層分析流程如下圖所示

調(diào)度組的底層分析流程

dispatch_source

簡述

dispatch_source是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型颜曾，用于協(xié)調(diào)特定底層系統(tǒng)事件的處理。

dispatch_source替代了異步回調(diào)函數(shù)秉剑，來處理系統(tǒng)相關(guān)的事件泛豪，當(dāng)配置一個dispatch時，你需要指定監(jiān)測的事件侦鹏、dispatch queue诡曙、以及處理事件的代碼(block或函數(shù))。當(dāng)事件發(fā)生時略水，dispatch source會提交你的block或函數(shù)到指定的queue去執(zhí)行

使用 Dispatch Source 而不使用 dispatch_async 的唯一原因就是利用聯(lián)結(jié)的優(yōu)勢价卤。

聯(lián)結(jié)的大致流程為：在任一線程上調(diào)用它的一個函數(shù)dispatch_source_merge_data后，會執(zhí)行Dispatch Source事先定義好的句柄（可以把句柄簡單理解為一個block）渊涝，這個過程叫 Custom event ,用戶事件慎璧。是 dispatch source 支持處理的一種事件。

簡單來說：這種事件是由你調(diào)用 dispatch_source_merge_data 函數(shù)來向自己發(fā)出的信號驶赏。

句柄是一種指向指針的指針炸卑，它指向的就是一個類或者結(jié)構(gòu)，它和系統(tǒng)有密切的關(guān)系煤傍，這當(dāng)中還有一個通用的句柄盖文，就是HANDLE

• 實(shí)例句柄 HINSTANCE
• 位圖句柄 HBITMAP
• 設(shè)備表句柄 HDC
• 圖標(biāo)句柄 HICON

特點(diǎn)

• 其CPU負(fù)荷非常小，金陵不占用資源

• 聯(lián)結(jié)的優(yōu)勢

使用

• 創(chuàng)建dispatch源

dispatch_source_t source = dispatch_source_create(dispatch_source_type_t type, uintptr_t handle, unsigned long mask, dispatch_queue_t queue)

Dispatch Source 種類

其中type的類型有以下幾種

注意：

• DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD
  當(dāng)同一時間绪抛，一個事件的的觸發(fā)頻率很高，那么Dispatch Source會將這些響應(yīng)以ADD的方式進(jìn)行累積电禀，然后等系統(tǒng)空閑時最終處理幢码，如果觸發(fā)頻率比較零散，那么Dispatch Source會將這些事件分別響應(yīng)尖飞。

• DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_OR 和上面的一樣蛤育，是自定義的事件，但是它是以O(shè)R的方式進(jìn)行累積

常用函數(shù)

//掛起隊列
dispatch_suspend(queue) 

//分派源創(chuàng)建時默認(rèn)處于暫停狀態(tài)葫松，在分派源分派處理程序之前必須先恢復(fù)
dispatch_resume(source) 

//向分派源發(fā)送事件，需要注意的是底洗，不可以傳遞0值(事件不會被觸發(fā))腋么，同樣也不可以傳遞負(fù)數(shù)。
dispatch_source_merge_data 

//設(shè)置響應(yīng)分派源事件的block亥揖，在分派源指定的隊列上運(yùn)行
dispatch_source_set_event_handler 

//得到分派源的數(shù)據(jù)
dispatch_source_get_data 

//得到dispatch源創(chuàng)建珊擂，即調(diào)用dispatch_source_create的第二個參數(shù)
uintptr_t dispatch_source_get_handle(dispatch_source_t source); 

//得到dispatch源創(chuàng)建，即調(diào)用dispatch_source_create的第三個參數(shù)
unsigned long dispatch_source_get_mask(dispatch_source_t source); 

////取消dispatch源的事件處理--即不再調(diào)用block费变。如果調(diào)用dispatch_suspend只是暫停dispatch源摧扇。
void dispatch_source_cancel(dispatch_source_t source); 

//檢測是否dispatch源被取消，如果返回非0值則表明dispatch源已經(jīng)被取消
long dispatch_source_testcancel(dispatch_source_t source); 

//dispatch源取消時調(diào)用的block挚歧，一般用于關(guān)閉文件或socket等扛稽，釋放相關(guān)資源
void dispatch_source_set_cancel_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t cancel_handler); 

//可用于設(shè)置dispatch源啟動時調(diào)用block，調(diào)用完成后即釋放這個block滑负。也可在dispatch源運(yùn)行當(dāng)中隨時調(diào)用這個函數(shù)在张。
void dispatch_source_set_registration_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t registration_handler); 

使用場景

經(jīng)常用于驗證碼倒計時用含，因為dispatch_source不依賴于Runloop，而是直接和底層內(nèi)核交互帮匾，準(zhǔn)確性更高啄骇。

- (void)use033{
    //倒計時時間
    __block int timeout = 3;
    
    //創(chuàng)建隊列
    dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
    //創(chuàng)建timer
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, globalQueue);
    
    //設(shè)置1s觸發(fā)一次，0s的誤差
    /*
     - source 分派源
     - start 數(shù)控制計時器第一次觸發(fā)的時刻瘟斜。參數(shù)類型是 dispatch_time_t缸夹，這是一個opaque類型，我們不能直接操作它螺句。我們得需要 dispatch_time 和 dispatch_walltime 函數(shù)來創(chuàng)建它們虽惭。另外，常量 DISPATCH_TIME_NOW 和 DISPATCH_TIME_FOREVER 通常很有用壹蔓。
     - interval 間隔時間
     - leeway 計時器觸發(fā)的精準(zhǔn)程度
     */
    dispatch_source_set_timer(timer,dispatch_walltime(NULL, 0),1.0*NSEC_PER_SEC, 0);
    
     //觸發(fā)的事件
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        //倒計時結(jié)束趟妥，關(guān)閉
        if (timeout <= 0) {
            //取消dispatch源
            dispatch_source_cancel(timer);
        }else{
            timeout--;
            
            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                //更新主界面的操作
                NSLog(@"倒計時 - %d", timeout);
            });
        }
    });
    
    //開始執(zhí)行dispatch源
    dispatch_resume(timer);
}

使用GCD中的dispatch_source實(shí)現(xiàn) 自定義倒計時按鈕

實(shí)現(xiàn)思路只要是繼承自UIButton，然后通過GCD的dispatch_source 實(shí)現(xiàn)倒計時按鈕佣蓉，以下是demo的下載地址

CJLCountDownButton- CJLCountDownButton