高效使用libdispatch的技巧

libdispatch(or GCD)是最容易被使用错误的API之一,这是因为它的用法以及令人难懂的文档和API。如果你打算使用这个库,下面是总结是你要知道的。本文末尾有很多参考资料,包库对苹果自己的libdispatch维护人员(Pierre Habouzit)的评论的引用。

具体的结论如下:

  • 应该创建适量、常驻、明确职能的队列。这些队列供应用程序执行上下文及其它并行任务(UI线程、后台线程等)。需要注意的是,如果这些队列处于活动状态,意味着将有等量的线程数运行。在大部分的App中,只需要不超过3或者4个队列即可。
  • 优先使用串行队列,如果使用过程中发现性能瓶颈,可以先查找原因。即使并行能提供帮助,也需谨慎使用,并且始终在系统压力下验证。尽可能的重用队列,除非增加队列能带来明显的收益。
  • 你可以创建比较多非全局行的队列(重点是他们有不同的标识),如使用DispatchQueue(label:target:)方式创建的队列。
  • 不要使用DispatchQueue.global()的方式获取队列。全局队列容易导致线程爆炸:libdispatch将阻塞、睡眠、等待、锁定的线程视为非活动线程,从而在需要程序调度时又会创建新的线程。注意,我们不能保证线程永远不会被阻塞,事实是,即使我们仅仅使用系统库都可能会发生这种问题。全局队列对qospriorities的支持也不友好。苹果工程师,libdispatch的维护者宣称它是"它提供了最糟糕的dispatch API"。用自定义的队列代替它运行你的代码。
  • 并发队列相对串行队列不是最佳实践。除非衡量了确切的收益,否则直接使用并发队列更像是过早优化。
  • 对于派发的小于1ms的任务,使用queue.async()的方式是非常糟糕的。基于libdispatch的过渡分配行为,它极有可能会创建一个新的线程。宁愿使用锁定来保护共享状态(而不是切换执行上下文)。
  • 有些类/库设计为同步API,重用调用者的执行上下文(而不是创建私有队列,这可能导致糟糕的性能)这意味着得使用传统的锁来保证线程安全。
  • os_unfair_lock是目前系统中最快的锁(优先级更好,上下文切换更少),用于取代OSSpinLock(取代原因可参考《不再安全的 OSSpinLock》),尝试获取已加锁的线程无需忙等,解锁时由内核唤醒。和OSSpinLock一样,os_unfair_lock也没有加强公平性和顺序,它在Swift中直接使用却是不安全的(参考StackOverFlow讨论)。事实证明,pthread_mutex的底层实现已被更新为os_unfair_lock,而NSLock本身是基于pthread_mutex实现的,因此NSLock是在Swift中锁定的最佳选择。
  • 在调度任务派发后,不要阻塞当前正在等待信号量的线程或者调度组。因为内核不知道哪个线程最终会解除线程阻塞,从而导致执行低效。
  • 不要在非GUI程序和库中使用DispatchQueue.main<dispatch/queue.h>头文件中的解释如下:“ "Because the main queue doesn't behave entirely like a regular serial queue, it may have unwanted side-effects when used in processes that are not UI apps (daemons). For such processes, the main queue should be avoided"。是说主队列并和普通的串行队列不太一样,如果在非UI操作的情况下调用,会导致一些意外情况。具体是啥意外,我还暂时举不出例子。
  • 如果要并行执行,工作项中最好没有资源的竞争,否则性能会急剧下降,竞争有多种形式。加锁来保证线程的安全,但也意味着被竞争的共享资源会成为性能的瓶颈: IPC/daemons, malloc (lock), shared memory, I/O等。
  • 不要一直使用async,这样可以避免线程爆炸。使用少量调度队列来代替DispatchQueue.global()是一个更好的解决办法。
  • 大量异步/回调设计的复杂性(和缺陷)也不容忽视。同步代码仍然更易于阅读、编写和维护。
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