GCD簡介

• GCD全稱：Grand Central Dispatch
• GCD是純C語言，提供了非常多的強(qiáng)大函數(shù)
• GCD是非常高效的多線程開發(fā)方式，它并不是Cocoa框架的一部分

GCD優(yōu)勢(shì)

• 1.GCD 是蘋果公司為多核的并?運(yùn)算提出的解決?案
• 2.GCD 會(huì)?動(dòng)利?更多的CPU內(nèi)核（?如雙核、四核）
• 3.GCD 會(huì)?動(dòng)管理線程的?命周期（創(chuàng)建線程、調(diào)度任務(wù)、銷毀線程）
• 4.開發(fā)者只需要告訴 GCD 想要執(zhí)?什么任務(wù)，不需要編寫任何線程管理代碼

【總結(jié)】：GCD就是將任務(wù)添加到隊(duì)列，并且指定執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)。

GCD使用

在GCD使用中我們只需要做兩件事：1.定義任務(wù)。2.將任務(wù)添加到隊(duì)列中。所以GCD的核心就是dispatch隊(duì)列和任務(wù)。

GCD隊(duì)列

下面是GCD獲取隊(duì)列的集中方式：

• 1.主線程隊(duì)列：提交的任務(wù)將會(huì)在主線程完成
  • 可以通過dispatch_get_main_queue()來獲得。
  • 主隊(duì)列就是主線程，它是一個(gè)串行隊(duì)列，在iOS中只有主線程才能擁有權(quán)限向渲染服務(wù)提交圖層信息，完成圖形顯示工作。所以和UI相關(guān)操作，必須在主線程執(zhí)行。
• 2.全局并發(fā)隊(duì)列（Clobal Queue）：全局并發(fā)隊(duì)列由整個(gè)進(jìn)程共享，有高、中（默認(rèn)）、低、后臺(tái)四個(gè)優(yōu)先級(jí)
• 3.自定義隊(duì)列
  • 并發(fā)隊(duì)列：
    • 全局隊(duì)列是并發(fā)隊(duì)列
    • 通過dispatch_queue_create創(chuàng)建，第二個(gè)參數(shù)賦值為DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT等
    • 不用等待上個(gè)任務(wù)是否完成，直接啟用新的線程執(zhí)行新的任務(wù)。
  • 串行隊(duì)列：
    • 通過dispatch_queue_create創(chuàng)建，第二個(gè)參數(shù)賦值為DISPATCH_QUEUE_SERIAL或者NULL。
    • 串行隊(duì)列在同一時(shí)間只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)

GCD任務(wù)

GCD任務(wù)就是操作意思，就是你在block塊中的代碼通過什么方式執(zhí)行。執(zhí)行任務(wù)有兩種方式：同步和異步，兩者主要區(qū)別是：是否等待隊(duì)列的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，以及是否具備開辟線程的能力。

同步執(zhí)行（sync)

• 1.同步添加任務(wù)到指定的隊(duì)列中，在添加的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之前，會(huì)一直等待，直到隊(duì)列里面的任務(wù)完成之后再繼續(xù)執(zhí)行。
• 2.只能在當(dāng)前線程中執(zhí)行任務(wù)，不具備開啟新線程的能力。

異步執(zhí)行（async）

• 1.異步添加任務(wù)到指定的隊(duì)列中，它不會(huì)做任何等待，可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。
• 2.可以在新的線程中執(zhí)行任務(wù)，具備開啟新線程的能力。

下面我們?cè)賹㈥?duì)列和任務(wù)搭配執(zhí)行看看打印結(jié)果，準(zhǔn)備代碼

/**
 同步并發(fā)
 */
- (void)concurrentSyncTest{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("LJ", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"同步并發(fā)-%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
}

/**
 異步并發(fā)
 */
- (void)concurrentAsyncTest{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("LJ", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"異步并發(fā)-%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
}

/**
 串行異步
 */
- (void)serialAsyncTest{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("LJ", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"串行異步-%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
}

/**
 串行同步
 */
- (void)serialSyncTest{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("LJ", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"串行同步-%d-%@",i,[NSThread currentThread]);
        });
    }
}

通過任務(wù)執(zhí)行方式和不同隊(duì)列組合，我們通過打印信息可以得出如下結(jié)論：

• 1.任務(wù)執(zhí)行方式是異步或者同步只能決定是否開辟新的線程。同步（不開辟線程），異步（開辟新的線程）
• 2.隊(duì)列是并行還是串行只能決定是否開辟多條線程。串行（只開辟一條線程），并行（開辟多條線程，開辟多條線程的能力只有在異步執(zhí)行中發(fā)揮作用）
• 3.異步并行執(zhí)行任務(wù)是亂序的。

死鎖

發(fā)現(xiàn)報(bào)錯(cuò)了，報(bào)錯(cuò)原因就是死鎖。下面我們分析下為什么會(huì)死鎖： 這個(gè)方法有3步操作：

• 任務(wù)一：132行打印1任務(wù)，此部分在主線程。
• 任務(wù)二：137行打印3任務(wù)
• 任務(wù)三：134-136行通過同步任務(wù)向主線程插入打印2任務(wù)

我們知道主線程是同步任務(wù)，任務(wù)一和任務(wù)二是先加入主線程，任務(wù)三會(huì)排在任務(wù)一，二后面。但是任務(wù)三是通過同步任務(wù)加入的。這就會(huì)出現(xiàn)下面的情況，任務(wù)三需要等待主線程執(zhí)行完任務(wù)一，二后才會(huì)執(zhí)行。而同步任務(wù)的出現(xiàn)會(huì)讓任務(wù)二等待任務(wù)三執(zhí)行完成后才執(zhí)行，這就造成了在主線程中任務(wù)三等待任務(wù)二完成執(zhí)行，在同步任務(wù)里出現(xiàn)任務(wù)二等待任務(wù)三完成執(zhí)行，這就造成了相互等待。出現(xiàn)死鎖崩潰 如下圖所示更容易解釋：

GCD原理初探

上面我們說了GCD的任務(wù)和隊(duì)列，并通過代碼打印來說明了任務(wù)和隊(duì)列的關(guān)系，線面我們就來看看GCD的底層實(shí)現(xiàn)

確定GCD研究源碼位置

我們想要研究GCD，卻發(fā)現(xiàn)不知從哪入手，代碼點(diǎn)擊進(jìn)去之后就走不下去了。那么我們?cè)趺粗谰€程這部分的源碼在哪呢？我們要確定源碼，我們知道dispatch_queue_create方法可以創(chuàng)建線程，那么我們打斷點(diǎn)試試

這時(shí)就可以確定線程的源碼在libdispatch.dylib中。我們?cè)谔O果的官方文檔上下載libdispatch.dylib源碼。

dispatch_get_main_queue()初探

下圖是對(duì)主線程的解釋（撿主要的說一下）：

• 569-570行：主隊(duì)列是用來在應(yīng)用程序上下文中進(jìn)行交互的主線程和主runloop。
• 579-580行：主隊(duì)列會(huì)被自動(dòng)創(chuàng)建，而且會(huì)在main()函數(shù)之前創(chuàng)建

在main()函數(shù)前被調(diào)用，就是在dyld過程中進(jìn)行的

dispatch_get_main_queue()再探

我們打印下主線程，來看看主線程是什么樣的

    dispatch_queue_t serial = dispatch_queue_create("Lj", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t conque = dispatch_queue_create("Lj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_queue_t globQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    NSLog(@"%@-%@-%@-%@",serial,conque,mainQueue,globQueue);

我們通過打印結(jié)果看到主線程變?yōu)榱薕S_dispatch_queue_main: com.apple.main-thread，說明在底層系統(tǒng)進(jìn)行命名為com.apple.main-thread。我們?cè)趌ibdispatch源碼里搜索com.apple.main-thread看看

共有8個(gè)文件，42個(gè)地方出現(xiàn)

下面那么我們應(yīng)該怎么辦？

libdispatch_init

多線程的調(diào)用最早是創(chuàng)建，我們?cè)?code>講dyld的加載是提到過線程的加載：libdispatch_init OC底層原理之-dyld加載流程傳從門，搜索libdispatch_init

我們看到libdispatch_init方法很多，我們說主要方法，看下7759行代碼，我們上面說的靜態(tài)結(jié)構(gòu)體_dispatch_main_q的do_targetq等于_dispatch_get_default_queue(true)。后面就是對(duì)_dispatch_main_q進(jìn)行一系列的操作（7762行：設(shè)置當(dāng)前的主隊(duì)列，7763行：綁定到相應(yīng)的線程）。下面我們查看下綁定過程：_dispatch_queue_set_bound_thread。

通過上圖源碼我們可以看到，綁定的底層實(shí)現(xiàn)是通過os_atomic_rmw_loop2o方法處理的，這部分實(shí)不在libdispatch源碼中，后續(xù)有機(jī)會(huì)我們?cè)傺芯俊?/p>

總結(jié)

主線程下層是_dispatch_main_q的結(jié)構(gòu)體，它是在dyly加載中通過libdispatch_init方法進(jìn)行創(chuàng)建，它是一個(gè)相當(dāng)于串行隊(duì)列的隊(duì)列。

dispatch_get_global_queue

dispatch_get_global_queue需要傳入兩個(gè)參數(shù)：identifier和flags，注釋對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行了說明：

• identifier：服務(wù)質(zhì)量（優(yōu)先級(jí)）
• flags：預(yù)留使用

因?yàn)?code>存在優(yōu)先級(jí)，就說明整個(gè)項(xiàng)目中可以有多個(gè)dispatch_get_global_queue，那么如何去設(shè)計(jì)它呢？我們可以想到通過集合去收集dispatch_get_global_queue，下面我們通過com.apple.root.default-qos來查找一下dispatch_get_global_queue全局隊(duì)列。

上圖發(fā)現(xiàn)都是通過_DISPATCH_ROOT_QUEUE_ENTRY方法去創(chuàng)建的。這里面有各種各樣不同優(yōu)先級(jí)的全局并發(fā)隊(duì)列。

我們?cè)俨榭串?dāng)前的結(jié)構(gòu)體為_dispatch_root_queues，它也是一個(gè)靜態(tài)結(jié)構(gòu)體。

隊(duì)列如何創(chuàng)建，DISPATCH_QUEUE_SERIAL和DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT區(qū)別

上面我們簡單的講了下dispatch_get_main_queue()和dispatch_get_global_queue，知道他們底層是靜態(tài)結(jié)構(gòu)體。下面我們主要講下隊(duì)列的創(chuàng)建，以及串行和并行的實(shí)現(xiàn)原理

dispatch_queue_create

發(fā)現(xiàn)dispatch_queue_create是通過_dispatch_lane_create_with_target創(chuàng)建的，參數(shù)分別為label以及attr，后面的DISPATCH_TARGET_QUEUE_DEFAULT、true是默認(rèn)值

我們看到_dispatch_introspection_queue_create方法傳入的是dq，先創(chuàng)建dqic（653行創(chuàng)建，654行將dqic的dqic_queue._dq賦值為dq）。659行又將dq的do_finalizer賦值為dqic。之后就返回了upcast(dq)的_dqu。

上面并沒有我們想要的東西。我們回到_dispatch_lane_create_with_target方法，再看返回值return _dispatch_trace_queue_create(dq)._dq;這個(gè)方法返回的是_dq，上面我們知道_dispatch_introspection_queue_create返回的dq._dq中的dq是進(jìn)行賦值，和傳入的dq其實(shí)是同一個(gè)。我們只需要研究_dispatch_lane_create_with_target傳入的dq就可以了。

我們看到init方法里我們看到dqai.dqai_concurrent的屬性，這個(gè)屬性對(duì)線程的影響

我們看到dqai.dqai_concurrent確定的值就是width，1172行DOF_WIDTH()就是該隊(duì)列支持的線程數(shù)，1就是串行（單線程），>1就是并行（多線程），也就是如果dqai.dqai_concurrent為true就是多線程，否則為單線程。

這個(gè)截圖是如果dqa==&_dispatch_queue_attr_concurrent就為true就是多線程。

我們發(fā)現(xiàn)串行和并行打印的結(jié)果和上面推測(cè)的一致。

我們是onjc2所以會(huì)走_(dá)os_object_alloc_realized方法，上面我們已經(jīng)知道vtable在串行和并行賦值不同，在_os_object_alloc_realized中vtable值就是cls，1509行：創(chuàng)建是將isa指針指向了cls也就是指向了vtable。

總結(jié)

隊(duì)列創(chuàng)建底層是_dispatch_lane_create_with_target創(chuàng)建，通過傳入的值來確定是串行還是并行隊(duì)列，dispatch_queue_t也是個(gè)對(duì)象，也會(huì)通過alloc，init進(jìn)行創(chuàng)建。在alloc中將isa指針指向并發(fā)還是串行，通過init來確定DOF_WIDTH()等屬性。

dispatch_async

• dq：就是穿過進(jìn)來的隊(duì)列
• work：就是傳進(jìn)來的任務(wù)

我們看下代碼怎么操作的

• 890行：創(chuàng)建dc
• 896行：任務(wù)包裝器，用來接收，保存block

2633-2638行：將work保存在dc的dc_ctxt中，其實(shí)這個(gè)判斷是不走的，會(huì)走下面，我們看下_dispatch_continuation_init_f，重點(diǎn)關(guān)注ctxt（將work進(jìn)行copy）func（將work進(jìn)行調(diào)用）。注意：func在2642行執(zhí)行了方法，也就是func執(zhí)行完后會(huì)進(jìn)行析構(gòu)或者釋放。

此時(shí)我們看到上面參數(shù)對(duì)應(yīng)的就是ctxt和f。方法將ctxt和f分別保存到dc的dc_ctxt和dc_func屬性中。

探究dispatch_async中work的執(zhí)行

我們看到start_wqthread，_pthread_wqthread是在libsystem_pthread源碼中，而libdispatch源碼中走的第一個(gè)方法就是_dispatch_worker_thread2。我們搜索一下

_dispatch_worker_thread2

最后調(diào)用的是f(ctxt)方法，我們?cè)谏厦?code>講dispatch_async的_dispatch_continuation_init_f方法說了，最后會(huì)將調(diào)用任務(wù)方法放在f中，將任務(wù)放在ctxt中，此處得到驗(yàn)證。

這就是block任務(wù)執(zhí)行的整個(gè)流程。

拓展

相關(guān)面試題

【面試題 - 1】異步函數(shù)+并行隊(duì)列 下面打印結(jié)果是什么？

- (void)textDemo2{
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("Lj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    NSLog(@"1");
    // 異步函數(shù)
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"3");
        });
         NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

答案：1，5，2，4，3

解題：上面講了，queue為并發(fā)隊(duì)列，不會(huì)阻塞線程，所以1，5先執(zhí)行。而并行隊(duì)列里包含并行隊(duì)列，所以他們?nèi)蝿?wù)互不影響。所以2，4先打印，最后為3。

代碼修改

【修改1】：將并行隊(duì)列 改成 串行隊(duì)列，對(duì)結(jié)果沒有任何影響，順序仍然是 1 5 2 4 3

【修改2】：在任務(wù)5之前，休眠2s，即sleep(2)，執(zhí)行的順序?yàn)椋? 2 4 3 5,原因是因?yàn)镮/O的打印，相比于休眠2s，復(fù)雜度更簡單，所以異步block1 會(huì)先于任務(wù)5執(zhí)行。當(dāng)然如果主隊(duì)列堵塞，會(huì)出現(xiàn)其他的執(zhí)行順序。

【修改3】：將打印 NSLog(@"3");的異步dispatch_async，改為同步dispatch_sync。執(zhí)行順序是：1，5，2，3，4，原因：將之前的異步改為同步夠，會(huì)阻塞打印2的線程，導(dǎo)致只有打印3執(zhí)行完后才能執(zhí)行打印4。

【面試題 - 2】異步函數(shù)嵌套同步函數(shù) + 串行隊(duì)列（即同步隊(duì)列）

- (void)textDemo2{
    // 同步隊(duì)列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("Lj", NULL);
    NSLog(@"1");
    // 異步函數(shù)
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
        dispatch_sync(queue, ^{
            NSLog(@"3");
        });
         NSLog(@"4");
    });
    NSLog(@"5");
}

答案：1，5，2崩潰 [圖片上傳失敗...(image-338b41-1628941505662)]

原因：queue是串行隊(duì)列，1，5，2正常打印不再解釋，執(zhí)行完2后（2當(dāng)前線程為串行），打印3任務(wù)通過同步任務(wù)插入到串行隊(duì)列，放在打印4的后面（在執(zhí)行2串行任務(wù)里，4的打印在3的前面），但是同步任務(wù)有需要先執(zhí)行3在執(zhí)行4，就造成相互等待，造成死鎖。

【修改】：將打印4去掉呢？

• 還是會(huì)死鎖，因?yàn)槿蝿?wù)3等待的是異步block執(zhí)行完畢，而異步block等待任務(wù)3執(zhí)行完成，還是會(huì)相互等待，造成死鎖

【面試題 - 3】 異步函數(shù) + 同步函數(shù) + 并發(fā)隊(duì)列

下面代碼的執(zhí)行順序是什么？（答案是 AC）
- (void)interview04{
    //并發(fā)隊(duì)列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("Lj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_async(queue, ^{ // 耗時(shí)
        NSLog(@"1");
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2");
    });

    // 同步
    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

答案：AC

• 1.任務(wù)1 和 任務(wù)2由于是異步函數(shù)+并發(fā)隊(duì)列，會(huì)開啟線程，所以沒有固定順序
• 2.任務(wù)7、任務(wù)8、任務(wù)9同理，會(huì)開啟線程，所以沒有固定順序
• 3.任務(wù)3是同步函數(shù)+并發(fā)隊(duì)列，同步函數(shù)會(huì)阻塞主線程，但是也只會(huì)阻塞0，所以，可以確定的是 0一定在3之后，在789之前

【面試題 - 4】下面代碼中，隊(duì)列的類型有幾種？

//串行隊(duì)列 - Serial Dispatch Queue
dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("Lj", NULL);

//并發(fā)隊(duì)列 - Concurrent Dispatch Queue
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("Lj", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

//主隊(duì)列 - Main Dispatch Queue
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

//全局并發(fā)隊(duì)列 - Global Dispatch Queue
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

答案：1.串行隊(duì)列：serialQueue，mainQueue 2.并發(fā)隊(duì)列：concurrentQueue，globalQueue

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