單例

對于單例侨拦，需要知道以下兩個問題：

• 1.單例為什么只執(zhí)行一次，底層是如何控制的
• 2.單例的block是在什么時候進行調(diào)用

下面我們來探究一下

單例為什么只執(zhí)行一次

再進入dispatch_once的源碼前旁理，我們先看下dispatch_once的參數(shù)

• 1.onceToken枫浙，這是一個靜態(tài)變量，由于不同位置定義的靜態(tài)變量是不同的器紧，所以靜態(tài)變量具有唯一性耀销。
• 2.block回到

我們看到會調(diào)用dispatch_once_f，其中val是外界傳入的onceToken靜態(tài)變量铲汪，而func是_dispatch_Block_invoke(block)熊尉，我們看下dispatch_once_f的底層實現(xiàn)

通過上面代碼，可以知道底層主要分為以下幾步

• 1.將val掌腰，也就是靜態(tài)變量轉(zhuǎn)換為dispatch_once_gate_t類型變量l
• 2.通過os_atomic_load獲取此時的任務的標識符v
• 3.如果v等于DLOCK_ONCE_DONE狰住，表示任務執(zhí)行過了，只接return
• 4.如果任務執(zhí)行后齿梁，加鎖失敗了催植，則走到_dispatch_once_mark_done_if_quiesced函數(shù)，函數(shù)里再次進行存儲勺择，將標識符置為DLOCK_ONCE_DONE创南。
• 5.反之，則通過_dispatch_once_gate_tryenter嘗試進入任務省核，即解鎖稿辙，然后執(zhí)行_dispatch_once_callout執(zhí)行block回調(diào)
• 6.如果此時有任務正在執(zhí)行，再有任務進來气忠，則通過_dispatch_once_wait函數(shù)讓新來的任務進入無限次等待邻储。

單例block是什么時候調(diào)用

上面我們知道func就是任務block，而處理func的方法就是_dispatch_once_callout旧噪，前面判斷_dispatch_once_gate_tryenter解鎖吨娜，我們看下_dispatch_once_gate_tryenter這個方法實現(xiàn)

其源碼主要是通過底層的os_atomic_cmpxchg方法進行對比，如果比較沒有問題淘钟，則進行加鎖宦赠，即任務的標識置為DLOCK_ONCE_UNLOCKED。 我們下面看下_dispatch_once_callout方法源碼

上面方法主要分兩步：

• 1._dispatch_client_callout：block回調(diào)執(zhí)行
• 2._dispatch_once_gate_broadcast：進行廣播

_dispatch_client_callout主要執(zhí)行回調(diào)，其中f就是傳入的_dispatch_Block_invoke(block)勾扭，即異步回調(diào)

進入 _dispatch_once_gate_broadcast -> _dispatch_once_mark_done源碼缤骨，主要就是給dgo->dgo_once一個值，然后將任務的標識符為DLOCK_ONCE_DONE尺借，即解鎖绊起。

單例總結(jié)

上面我們對單例進行了探索银锻，解開了上面所提出的問題躁绸。下面總結(jié)一下：

• 1.【單例執(zhí)行一次原理】：GCD單例中，有兩個重要參數(shù)熬词，onceToken 和 block栅表，其中onceToken是靜態(tài)變量笋鄙，具有唯一性，在底層被封裝成了dispatch_once_gate_t類型的變量l怪瓶，l主要是用來獲取底層原子封裝性的關聯(lián)萧落，即變量v，通過v來查詢?nèi)蝿盏臓顟B(tài)洗贰，如果此時v等于DLOCK_ONCE_DONE找岖，說明任務已經(jīng)處理過一次了，直接return敛滋。
• 2.【block調(diào)用時機】：如果此時任務沒有執(zhí)行過许布，則會在底層通過C++函數(shù)的比較，將任務進行加鎖绎晃，即任務狀態(tài)置為DLOCK_ONCE_UNLOCK蜜唾，目的是為了保證當前任務執(zhí)行的唯一性，防止在其他地方有多次定義庶艾。加鎖之后進行block回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行袁余，執(zhí)行完成后，將當前任務解鎖咱揍，將當前的任務狀態(tài)置為DLOCK_ONCE_DONE颖榜，在下次進來時，就不會在執(zhí)行述召，會直接返回
• 3.【對多線程的印象】：如果在當前任務執(zhí)行期間朱转，有其他任務進來蟹地，會進入無限次等待积暖，原因是當前任務已經(jīng)獲取了鎖，進行了加鎖怪与，其他任務是無法獲取鎖的夺刑。

柵欄函數(shù)

GCD中我們有時候會用到柵欄函數(shù)來確定任務順序，柵欄任務主要有兩種

• 1.同步柵欄函數(shù)dispatch_barrier_sync（在主線程中執(zhí)行）：前面的任務執(zhí)行完畢才會來到這里，但是同步柵欄函數(shù)會堵塞線程桅咆，影響后面的任務執(zhí)行
• 2.異步柵欄函數(shù)dispatch_barrier_async：前面的任務執(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執(zhí)行順序薛夜，保證任務按計劃順序執(zhí)行。

柵欄函數(shù)有幾下幾點需要注意：

• 1.柵欄函數(shù)只能控制同一并發(fā)隊列
• 2.同步柵欄添加進入隊列的時候梯澜，當前線程會被鎖死奴迅，直到同步柵欄之前的任務和同步柵欄任務本身執(zhí)行完畢時，當前線程才會打開然后繼續(xù)執(zhí)行下一句代碼挺据。
• 3.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，沒有任何意義暇检。

異步柵欄函數(shù)

通過打印我們知道異步柵欄函數(shù)不會阻塞主線程婉称，堵塞的是異步函數(shù)對列构蹬。

同步柵欄函數(shù)

同步柵欄函數(shù)會堵塞主線程悔据，也會堵塞當前線程庄敛。

柵欄函數(shù)總結(jié)

• 1.異步柵欄函數(shù)阻塞的是隊列，而且必須是自定義的并發(fā)隊列隐绵，不影響主線程任務的執(zhí)行依许。
• 2.同步柵欄函數(shù)阻塞的是線程峭跳，且是主線程蛀醉，會影響主線程其他任務的執(zhí)行。

使用場景

柵欄函數(shù)除了用于控制任務的執(zhí)行順序垛玻，還可以用于數(shù)據(jù)安全。

崩潰原因：數(shù)據(jù)不斷的retain和release，在數(shù)據(jù)還沒有retain完畢時郭蕉，已經(jīng)開始了realse，相當于對一個空數(shù)據(jù)烟勋，進行realse卵惦。

奔潰原因和上面一樣，原因是柵欄函數(shù)對系統(tǒng)的全局隊列也會阻塞，而系統(tǒng)其他地方也會用到全局隊列啡捶，此時就會崩潰瞎暑。

這樣就沒有任何問題

之所以使用self，是因為self的生命周期大于i和mArray逢并，這樣就保證synchronized不會關聯(lián)一個被銷毀的對象。但是慎用@synchronized(self)辩恼，這種方式很粗糙，容易導致死鎖聘萨。

柵欄函數(shù)注意問題

• 1.如果柵欄函數(shù)中使用全局隊列胸完，運行會崩潰赊窥，原因是系統(tǒng)也在用全局并發(fā)隊列，使用柵欄同時會攔截系統(tǒng)的址遇，所以會崩潰
• 2.如果將自定義并發(fā)隊列改為串行隊列，即serial 跺株，串行隊列本身就是有序同步 此時加柵欄，會浪費性能袖扛。
• 3.柵欄函數(shù)只會阻塞一次蛆封。

異步柵欄函數(shù) 底層分析

進入dispatch_barrier_async源碼實現(xiàn)，其底層的實現(xiàn)與dispatch_async類似砸讳，這里就不再做分析了，有興趣的可以自行探索下

同步柵欄函數(shù)底層分析

進入dispatch_barrier_sync源碼，實現(xiàn)如下

dispatch_barrier_sync調(diào)用_dispatch_barrier_sync_f平绩，而后調(diào)用_dispatch_barrier_sync_f_inline源碼。

方法實現(xiàn)分以下幾步：

• 1.通過_dispatch_tid_self獲取線程ID腹忽。
• 2.通過_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync判斷線程狀態(tài)嘹锁。

下面看下_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync實現(xiàn)

通過源碼我們發(fā)現(xiàn)進入_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync_and_suspend米同，然后在這里進行釋放 回到_dispatch_barrier_sync_f_inline方法，看1791行：_dispatch_sync_recurse方法

通過上面我們知道：

• 1.通過_dispatch_sync_recurse，遞歸查找柵欄函數(shù)的target。
• 2.通過_dispatch_introspection_sync_begin對向前信息進行處理柄驻。

信號量

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

dispatch_semaphore_create 創(chuàng)建

該函數(shù)的底層實現(xiàn)如下狠持，主要是用來初始化信號量喘垂，并設置GCD的最大并發(fā)數(shù)，其最大并發(fā)數(shù)必須大于0章贞。

dispatch_semaphore_wait 加鎖

該函數(shù)的源碼實現(xiàn)看到两踏，其主要作用是對信號量dsema通過os_atomic_dec2o進行了--操作梦染，其內(nèi)部是執(zhí)行的C++的atomic_fetch_sub_explicit方法隧甚。

• 1.如果value 大于等于0，表示操作無效帽借，即執(zhí)行成功。
• 2.如果value 等于LONG_MIN脆荷，系統(tǒng)會拋出一個crash梦皮。
• 3.如果value 小于0，則進入長等待让网。

將具體的值帶入為

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

_dispatch_semaphore_wait_slow

進入_dispatch_semaphore_wait_slow的源碼實現(xiàn)丸凭，當value小于0時铛碑，根據(jù)等待事件timeout做出不同操作汽烦。

dispatch_semaphore_signal 解鎖

該函數(shù)的源碼實現(xiàn)可以知道俗冻，其核心也是通過os_atomic_inc2o函數(shù)對value進行了++操作，os_atomic_inc2o內(nèi)部是通過C++的atomic_fetch_add_explicit。

• 1.如果value 大于 0冶伞，表示操作無效，即執(zhí)行成功芋类。
• 2.如果value 等于0榛瓮，則進入長等待。

其中os_atomic_dec2o的宏定義轉(zhuǎn)換如下

將具體的值帶入：

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

信號量總結(jié)

• 1.dispatch_semaphore_create 主要就是初始化限號量顷级。
• 2.dispatch_semaphore_wait是對信號量的value進行--帽芽，即加鎖操作导街。
• 3.dispatch_semaphore_signal 是對信號量的value進行++，即解鎖操作泽论。

調(diào)度組（線程組）

線程組使用

調(diào)度組的最直接作用是控制任務執(zhí)行順序说订，常見的方式如下

dispatch_group_create 創(chuàng)建組 
dispatch_group_async 進組任務 
dispatch_group_notify 進組任務執(zhí)行完畢通知 dispatch_group_wait 進組任務執(zhí)行等待時間

//進組和出組需要是成對使用的钙姊，不然會有問題
dispatch_group_enter 進組 
dispatch_group_leave 出組

將dispatch_group_notify移到最前面

通過上面三圖我們可以知道膊毁，dispatch_group_notify前移會導致調(diào)度組失效描焰，第三圖和第四圖可以知道荆秦，dispatch_group_enter可以單獨存在，而dispatch_group_leave必須和dispatch_group_enter成對出現(xiàn)，否則報錯刑桑，報錯有延遲是因為async是并發(fā)病梢，會有延遲蜓陌。

多加一個dispatch_group_enter

此時不會執(zhí)行notify，原因是少了一個leave飒责，會讓notify一直等待。

底層源碼

dispatch_group_create 創(chuàng)建組

作用：創(chuàng)建group，并設置屬性嗅义，此時的group的value為0蝙眶。

查看dispatch_group_create源碼

上面方法執(zhí)行：dispatch_group_create->_dispatch_group_create_with_count武通，其中_dispatch_group_create_with_count是對group對象進行賦值尾菇，并返回group對象派诬，其中n值為0默赂。

dispatch_group_enter 進組

通過os_atomic_sub_orig2o對dg->dg.bits 作 --操作疾捍，對數(shù)值進行處理

dispatch_group_leave 出組

源碼進行如下操作

• 1.-1到0乱豆，即++操作
• 2.根據(jù)狀態(tài)奖恰，do-while循環(huán)，喚醒執(zhí)行block任務
• 3.如果0 + 1 = 1宛裕，enter-leave不平衡瑟啃，即leave多次調(diào)用，會崩潰

執(zhí)行過程：

• 1.do-while循環(huán)進行異步命中
• 2._dispatch_continuation_async執(zhí)行任務
• 3._dispatch_wake_by_address開始地址釋放
• 4._dispatch_release_n引用釋放

這步與異步函數(shù)的block回調(diào)執(zhí)行時一致的蛹屿，不過多解釋

dispatch_group_notify 通知

通過上面我們知道：如果old_state等于0，就可以進行釋放了疲酌，除了leave可以通過_dispatch_group_wake喚醒蜡峰，其中dispatch_group_notify也可以喚醒的了袁。

其中os_mpsc_push_update_tail是宏定義，用于獲取dg的狀態(tài)碼湿颅。

dispatch_group_async

可以看到dispatch_group_async方法主要做了兩件事：

• 1.包裝任務
• 2.異步處理任務

方法主要封裝了dispatch_group_enter進組操作载绿，之后調(diào)用_dispatch_continuation_async方法，這個方法在執(zhí)行l(wèi)eave中的_dispatch_group_wake方法里也調(diào)用了油航。都是進行常規(guī)的異步函數(shù)底層操作崭庸。

猜想：上面我們知道enter和leave是成對出現(xiàn)，所以block執(zhí)行之后可能隱性的執(zhí)行l(wèi)eave谊囚，通過斷點調(diào)試怕享，打印堆棧信息

通過堆棧信息，我們看到執(zhí)行_dispatch_client_callout后執(zhí)行銷毀方法_dispatch_call_block_and_release镰踏。我們看下_dispatch_client_callout源碼

完美印證dispatch_group_async底層調(diào)用了enter-leave

調(diào)度組總結(jié)

• 1.enter-leave只要成對出現(xiàn)就可以函筋，不分前后，距離（同一作用域）
• 2.dispatch_group_enter在底層是通過C++函數(shù)奠伪，對group的value執(zhí)行--操作（即0 -> -1)
• 3.dispatch_group_leave在底層是通過C++函數(shù)跌帐，對group的value進行++操作（即-1 -> 0）
• 4.dispatch_group_notify在底層主要是判斷group的state是否等于0，當等于0時绊率，就通知喚醒
• 5.block任務的喚醒谨敛，可以通過dispatch_group_leave，也可以通過dispatch_group_notify
• 6.dispatch_group_async其底層的調(diào)用了enter和leave

dispatch_source

dispatch_source 定義

定義：dispatch_source是基礎數(shù)據(jù)類型滤否，用于協(xié)調(diào)特定底層系統(tǒng)事件的處理脸狸，其CPU負荷較小，占用很少資源藐俺，具有聯(lián)結(jié)優(yōu)勢炊甲。

dispatch_source替代了異步回調(diào)函數(shù)，來處理系統(tǒng)相關的事件紊搪，當配置一個dispatch時蜜葱，你需要指定監(jiān)測的事件、dispatch queue耀石、以及處理事件的代碼(block或函數(shù))。當事件發(fā)生時爸黄，dispatch source會提交你的block或函數(shù)到指定的queue去執(zhí)行滞伟。

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。

dispatch_source流程

在任一線程上調(diào)用它的一個函數(shù)dispatch_source_merge_data后炕贵，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）梆奈，這個過程叫Custom event，用戶事件是dispatch source支持處理的一種事件称开。

簡單來說就是：事件是由你調(diào)用 dispatch_source_merge_data 函數(shù)來向自己發(fā)出的信號亩钟。

句柄：指向指針的指針乓梨，它指向的局勢一個類或者結(jié)構，它和系統(tǒng)有密切的關系清酥，這當中還有通用句柄扶镀，就是HANDLE。它有一下幾類

• 1.實例句柄 HINSTANCE
• 2.位圖句柄 HBITMAP
• 3.設備表句柄 HDC
• 4.圖標句柄 HICON

使用

創(chuàng)建dispatch

• 1.type：dispatch源可處理的事件
• 2.handle：理解為句柄焰轻、索引或id臭觉，假如要監(jiān)聽進程，需要傳入進程的ID
• 3.mask：理解為描述辱志，提供更詳細的描述蝠筑，讓它知道具體要監(jiān)聽什么
• 4.queue：自定義源需要的一個隊列，用來處理所有的響應句柄

Dispatch Source 種類

其中type的類型有一下幾種：

上面說了不少類型，我們需要注意兩個類型：

• 1.DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD：當同一時間馍忽，一個事件的的觸發(fā)頻率很高棒坏，那么Dispatch Source會將這些響應以ADD的方式進行累積，然后等系統(tǒng)空閑時最終處理遭笋，如果觸發(fā)頻率比較零散坝冕，那么Dispatch Source會將這些事件分別響應。
• 2.DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_OR：是自定義的事件瓦呼，但是它是以OR的方式進行累積喂窟。

常用函數(shù)

//掛起隊列
dispatch_suspend(queue) 

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

//向分派源發(fā)送事件央串，需要注意的是磨澡，不可以傳遞0值(事件不會被觸發(fā))，同樣也不可以傳遞負數(shù)质和。
dispatch_source_merge_data 

//設置響應分派源事件的block稳摄，在分派源指定的隊列上運行
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，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)建饲宿，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厦酬。如果調(diào)用dispatch_suspend只是暫停dispatch源胆描。
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仗阅，一般用于關閉文件或socket等昌讲，釋放相關資源
void dispatch_source_set_cancel_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t cancel_handler); 

//可用于設置dispatch源啟動時調(diào)用block，調(diào)用完成后即釋放這個block霹菊。也可在dispatch源運行當中隨時調(diào)用這個函數(shù)剧蚣。
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，因為dispatch_source不依賴于Runloop旋廷，而是直接和底層內(nèi)核交互鸠按，準確性更高。

寫到最后

文章我們分析了單例饶碘，柵欄函數(shù)目尖，信號量，調(diào)度組扎运，以及dispatch_source瑟曲，主要對單例，柵欄函數(shù)豪治，信號量洞拨，調(diào)度組的實現(xiàn)以及查看了其實現(xiàn)的底層原理。線程的源碼比較難理解负拟，有興趣的可以去官方下載源碼烦衣，自己操作理解一下。內(nèi)容比較多掩浙，有些地方?jīng)]有詳細的去說明花吟，有不嚴謹?shù)牡胤较Ｍ魑恢赋?最近分析鎖的底層實現(xiàn)，有時間會寫出來

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