iOS-底層探索22：GCD上-函數(shù)與隊列&面試題

iOS 底層探索 文章匯總

目錄


一、GCD簡介

  1. 什么是GCD：
  • 全稱是Grand Central Dispatch
  • 純C語言锚扎，提供了非常多強大的函數(shù)
  • 將任務(wù)添加到隊列吞瞪，并且指定執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)
  1. GCD的優(yōu)勢：
  • GCD是蘋果公司為多核的并行運算提出的解決方案
  • GCD會自動利用更多的CPU內(nèi)核(比如雙核、四核)
  • GCD會自動管理線程的生命周期(創(chuàng)建線程驾孔、調(diào)度任務(wù)芍秆、銷毀線程)
  • 程序員只需要告訴GCD想要執(zhí)行什么任務(wù)，不需要編寫任何線程管理代碼

二翠勉、任務(wù)妖啥、函數(shù)、隊列

  1. 任務(wù)使用block封裝
  2. 任務(wù)的block沒有參數(shù)也沒有返回值
  3. 執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)
    • 異步dispatch async函數(shù)
      不用等待當前語句執(zhí)行完畢对碌，就可以執(zhí)行下一條語句
      會開啟線程執(zhí)行block的任務(wù)
      異步是多線程的代名詞
  • 同步dispatch sync函數(shù)
    必須等待當前語句執(zhí)行完畢荆虱，才會執(zhí)行下一條語句
    不會開啟線程
    在當前線程執(zhí)行block的任務(wù)
  1. 隊列
    隊列用來調(diào)度任務(wù)，任務(wù)都做線程中執(zhí)行
    串行隊列和并發(fā)隊列都符合FIFO原則(先進先出并不是先進先執(zhí)行完成)


  1. 隊列和函數(shù)
    異步函數(shù)+并發(fā)隊列 開啟多條新的子線程、并發(fā)
    異步函數(shù)+串行隊列 為所有串行隊列中的任務(wù)僅開啟一個新的子線程怀读、串行
    同步函數(shù)+并發(fā)隊列 同步函數(shù)中均不開啟新的子線程诉位、串行
    同步函數(shù)+串行隊列 同上...


  1. 主隊列和全局隊列

主隊列

  • 專門用來在主線程上調(diào)度任務(wù)的串行隊列
  • 不會開啟線程
  • 如果當前主線程正在有任務(wù)執(zhí)行，那么無論主隊列中當前被添加了什么任務(wù)菜枷，都不會被調(diào)度
  • dispatch get main queue();

全局隊列

  • 為了方便程序員的使用苍糠，蘋果提供了全局隊列dispatch_get_global queue(0, 0)
  • 全局隊列是一個并發(fā)隊列
  • 在使用多線程開發(fā)時，如果對隊列沒有特殊需求啤誊，在執(zhí)行異步任務(wù)時椿息，可以直接使用全局隊列

三、GCD相關(guān)面試題

  1. 下面代碼輸出什么坷衍？
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"2");
    });
    NSLog(@"3");
}

這個程序就是典型的死鎖寝优，可以看到，只打印了1枫耳，就再也沒有響應(yīng)了乏矾，已經(jīng)造成了GCD死鎖。為什么會這樣呢迁杨？讓我們來解讀一下這段程序的運行順序：首先會打印1钻心，然后將主隊列和一個block傳入GCD同步函數(shù)dispatch_sync中，等待sync函數(shù)執(zhí)行铅协，直到它返回捷沸，才會執(zhí)行打印3的語句『罚可是痒给，竟然沒有反應(yīng)了？block中的2沒有被打印出來骏全，viewDidLoad()中的3也沒有被打印出來苍柏。也就是說，block沒有得到執(zhí)行的機會姜贡，viewDidLoad也沒有繼續(xù)執(zhí)行下去试吁。為什么block不執(zhí)行呢？因為viewDidLoad也是執(zhí)行在主隊列的楼咳，它是正在被執(zhí)行的任務(wù)熄捍，也就是說，viewDidLoad()是主隊列的隊頭母怜。主隊列是串行隊列余耽，任務(wù)不能并發(fā)執(zhí)行，同時只能有一個任務(wù)在執(zhí)行糙申，也就是隊頭的任務(wù)才能被出列執(zhí)行宾添。我們現(xiàn)在被執(zhí)行的任務(wù)是viewDidLoad()，然后我們又將block入列到同一個隊列柜裸，它比viewDidLoad()后入列缕陕，遵循先進先出的原理，它必須等到viewDidLoad()執(zhí)行完疙挺，才能被執(zhí)行扛邑。 但是，dispatch_sync函數(shù)的特性是铐然，等待block被執(zhí)行完畢蔬崩，才會返回，因此搀暑，只要block一天不被執(zhí)行沥阳，它就一天不返回。我們知道自点，內(nèi)部方法不返回桐罕，外部方法是不會執(zhí)行下一行命令的。不等到sync函數(shù)返回桂敛，viewDidLoad打死也不會執(zhí)行print End的語句功炮，因此，viewDidLoad()一直沒有執(zhí)行完畢术唬。block在等待著viewDidLoad(）執(zhí)行完畢薪伏，它才能上，sync函數(shù)在等待著block執(zhí)行完畢粗仓，它才能返回嫁怀，viewDidLoad(）在等待著sync函數(shù)返回，它才能執(zhí)行完畢借浊。這樣的三方循環(huán)等待關(guān)系眶掌，就造成了死鎖。

參考：理解GCD死鎖
關(guān)于GCD的例題：iOS面試題：阿里-P6一面-參考思路

總結(jié)：同步串行必阻塞當前隊列（不一定會死鎖）


  1. 下面代碼輸出什么巴碗？
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
 
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("differ", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    NSLog(@"1");
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"3");
        });
        NSLog(@"4");
    });
    //sleep(2);這里會導(dǎo)致打印5會后執(zhí)行
    NSLog(@"5");
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("differ", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    NSLog(@"1");
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"3");
        });
        NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

答案：15243朴爬、15234

大廠面試題：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
 
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("differ", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    NSLog(@"1");
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"3");
        });
        NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("differ", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    NSLog(@"1");
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"3");
        });
        NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

答案：15243、152死鎖（沒有NSLog(@"4");也是同樣的）

注意: #define DISPATCH_QUEUE_SERIAL NUL


  1. 下面代碼有可能輸出什么橡淆？
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.differ.cn", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
    });
    
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3");
    });
    
    NSLog(@"0");

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"7");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"8");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"9");
    });
}

A: 1230789
B: 1237890
C: 3120798
D: 2137890

分析：

![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2987980-b6ff3234f735ce80.png?imageMogr2/auto- orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

  • 打印1召噩、2、3均在同一并發(fā)隊列中且打印1逸爵、2為異步函數(shù)具滴，所以1、2师倔、3的打印順序不是確定的构韵。
  • 重點在于打印3的同步函數(shù)，由于其在main串行隊列中根據(jù)FIFO，會先執(zhí)行完成打印3然后再執(zhí)行打印0疲恢。（同步函數(shù)會阻塞當前隊列）
  • 執(zhí)行打印0后再將打印7凶朗、8、9任務(wù)添加到并發(fā)隊列中显拳。所以3一定在0之前棚愤，7、8杂数、9一定在0之后宛畦，1、2位置不確定揍移。

答案：AC


四次和、GCD底層分析

1、尋找GCD底層庫

添加dispatch_sync符號斷點

運行代碼：

所以GCD的底層源碼在libdispatch.dylib庫中

GCD源碼初始化方法libdispatch_init(void)

2那伐、隊列是如何創(chuàng)建的斯够？串行隊列和并發(fā)隊列創(chuàng)建時如何區(qū)分的？

隊列創(chuàng)建方法: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);
}

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：根據(jù)傳入的串行/并發(fā)參數(shù)創(chuàng)建
    dispatch_queue_attr_info_t dqai = _dispatch_queue_attr_to_info(dqa);

    // Step 1: Normalize arguments (qos, overcommit, tq)

    ...

    // Step 2: Initialize the queue

    ...
    const void *vtable;
    dispatch_queue_flags_t dqf = legacy ? DQF_MUTABLE : 0;
    // 確定串行隊列/并發(fā)隊列的類名
    if (dqai.dqai_concurrent) {
        // OS_dispatch_queue_concurrent-拼接類名
        vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_concurrent);
    } else {
        vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_serial);
    }

...

    dispatch_lane_t dq = _dispatch_object_alloc(vtable,
            sizeof(struct dispatch_lane_s)); // alloc喧锦、確定isa指向的類名
    //根據(jù)qai.dqai_concurrent區(qū)分是串行隊列還是并發(fā)隊列
    _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

    dq->dq_label = label;
    dq->dq_priority = _dispatch_priority_make((dispatch_qos_t)dqai.dqai_qos,
            dqai.dqai_relpri);
    if (overcommit == _dispatch_queue_attr_overcommit_enabled) {
        dq->dq_priority |= DISPATCH_PRIORITY_FLAG_OVERCOMMIT;
    }
    if (!dqai.dqai_inactive) {
        _dispatch_queue_priority_inherit_from_target(dq, tq);
        _dispatch_lane_inherit_wlh_from_target(dq, tq);
    }
    _dispatch_retain(tq);
    dq->do_targetq = tq;
    _dispatch_object_debug(dq, "%s", __func__);
    return _dispatch_trace_queue_create(dq)._dq;
}

從dqai的創(chuàng)建方法中我們可以發(fā)現(xiàn)只要隊列創(chuàng)建傳入的參數(shù)不是DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT那就創(chuàng)建并發(fā)隊列

dispatch_queue_attr_info_t
_dispatch_queue_attr_to_info(dispatch_queue_attr_t dqa)
{
    dispatch_queue_attr_info_t dqai = { };

    if (!dqa) return dqai;

#if DISPATCH_VARIANT_STATIC
    if (dqa == &_dispatch_queue_attr_concurrent) { // null 默認
        dqai.dqai_concurrent = true;
        return dqai;
    }
#endif

....
}

#define DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT \
        DISPATCH_GLOBAL_OBJECT(dispatch_queue_attr_t, \
        _dispatch_queue_attr_concurrent)

通過隊列queue的創(chuàng)建過程我們可以看到queue也是一個對象读规，存在alloc、init燃少、isa等

DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX決定了當前隊列能開辟多大：

#define DISPATCH_QUEUE_WIDTH_FULL           0x1000ull
#define DISPATCH_QUEUE_WIDTH_POOL (DISPATCH_QUEUE_WIDTH_FULL - 1)
#define DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX  (DISPATCH_QUEUE_WIDTH_FULL - 2)

DISPATCH_QUEUE_WIDTH_POOL-全局并發(fā)隊列寬度：4096-1
DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX- 一般并發(fā)隊列寬度： 4096-2


3束亏、異步函數(shù)底層分析:dispatch_async 

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

    // 任務(wù)包裝器 - 保存 block
    qos = _dispatch_continuation_init(dc, dq, work, 0, dc_flags);
    _dispatch_continuation_async(dq, dc, qos, dc->dc_flags);
}
#endif

dispatch_async方法中主要調(diào)用兩個方法：
_dispatch_continuation_init和_dispatch_continuation_async
先介紹_dispatch_continuation_init方法_dispatch_continuation_async在下一篇文章分析

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);

    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;
        // 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);
    if (dc_flags & DC_FLAG_CONSUME) {
        func = _dispatch_call_block_and_release;//調(diào)用Block的func
    }
    return _dispatch_continuation_init_f(dc, dqu, ctxt, func, flags, dc_flags);
}

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline dispatch_qos_t
_dispatch_continuation_init_f(dispatch_continuation_t dc,
        dispatch_queue_class_t dqu, void *ctxt, dispatch_function_t f,
        dispatch_block_flags_t flags, uintptr_t dc_flags)
{
    pthread_priority_t pp = 0;
    dc->dc_flags = dc_flags | DC_FLAG_ALLOCATED;
    dc->dc_func = f;// 保存調(diào)用Block的func
    dc->dc_ctxt = ctxt;// 保存Block
    // in this context DISPATCH_BLOCK_HAS_PRIORITY means that the priority
    // should not be propagated, only taken from the handler if it has one
    if (!(flags & DISPATCH_BLOCK_HAS_PRIORITY)) {
        pp = _dispatch_priority_propagate();
    }
    _dispatch_continuation_voucher_set(dc, flags);
    return _dispatch_continuation_priority_set(dc, dqu, pp, flags);
}

打印出Block調(diào)用的堆棧：

因此的確是_dispatch_call_block_and_release方法調(diào)用了Block

最后編輯于 ：
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