GCD死锁问题——图文讲解

一、什么是GCD?

GCD,全称 Grand Central Dispatch。可翻译为”牛逼的中枢调度器”。它是纯C语言的,提供了非常多强大的函数。 Grand是宏伟的、极重要的意思。

GCD是提供了功能强大的任务和队列控制功能,相比于NSOperation,GCD更加底层。

虽然现在苹果极力的推荐使用NSOperation来解决多线程问题,但是,就目前大部分的iOS开发团队而言,GCD仍然还是大头,NSOperation只会逐步地来替代GCD。因此在使用线程的时候,如果不注意也会导致一些问题,比如死锁。

二、什么是GCD死锁?

所谓死锁,通常指有两个线程A和B都卡住了。A在等B,B在等A,相互等待对方完成某些操作。A不能完成是因为它在等待B完成。但B也不能完成,因为它在等待A完成。于是大家都无法完成,就导致了死锁(DeadLock)。

如:

dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^(void){
    NSLog(@"这里死锁了");
});

三、要理解GCD死锁,必须先理解GCD的几个概念

<1> 串行与并行

队列:负责调度任务
串行队列:一个接一个的调度任务
并发队列:多个任务同时调度

在使用GCD的时候,我们会把需要处理的任务放到Block中,然后将任务追加到相应的队列里面,这个队列,叫做Dispatch Queue。

队列一般存在于两种Dispatch Queue:
一种是要等待上一个执行完,再执行下一个的Serial Dispatch Queue,这叫做串行队列
另一种,则是不需要上一个执行完,就能执行下一个的Concurrent Dispatch Queue,叫做并行队列
这两种,均遵循FIFO原则,也就是先进先出原则。

如:

在三个任务中输出1、2、3,
串行队列输出是有序的1、2、3,
但是并行队列的先后顺序就不一定了

那么,并行队列又是怎么在执行呢?
并行队列虽然可以同时多个任务的处理,但是并行队列的处理量,还是要根据当前系统状态来。如果当前系统状态最多处理2个任务,那么1、2会排在前面,3什么时候操作,就看1或者2谁先完成,然后3接在后面。

<2> 同步与异步

串行与并行针对的是队列。
同步与异步针对的是线程。
最大的区别在于,同步线程要阻塞当前线程,必须要等待同步线程中的任务执行完,返回以后,才能继续执行下一任务;而异步线程则是不用等待。

<3> GCD API
  1. 系统标准提供的两个队列
// 全局队列,一个特殊的并行队列
dispatch_get_global_queue
// 主队列,在主线程中运行,因为主线程只有一个,所以这是一个特殊的串行队列
dispatch_get_main_queue
  1. 自己生成队列
// 从DISPATCH_QUEUE_SERIAL看出,这是串行队列
dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
// 从DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT看出,这是一个并行队列
dispatch_queue_create("com.demo.concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)
  1. 同步与异步线程的创建
dispatch_sync(..., ^(block)) // 同步线程 
dispatch_async(..., ^(block)) // 异步线程

四、案例与分析

案例一: 当同步遇到了串行

NSLog(@"1");        // 任务1
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"2");    // 任务2
});
NSLog(@"3");        // 任务3

输出:

1

分析:

- dispatch_sync表示是一个同步线程;
- dispatch_get_main_queue表示运行在主线程中的主队列;
- 任务2是同步线程的任务。
- 任务3需要等待任务2结束之后再执行.

首先执行任务1,这是肯定没问题的。

只是接下来,程序遇到了同步线程,那么它会进入等待,等待任务2执行完,然后执行任务3
但这是主队列,是一个特殊的串行队列。
有任务来,当然会将任务加到队尾,然后遵循FIFO原则执行任务。
那么,现在任务2就会被加到最后,任务3排在了任务2前面

问题来了:
任务3要等任务2执行完才能执行,任务2又排在任务3后面,意味着任务2要在任务3执行完才能执行
所以他们进入了互相等待的局面,这就是死锁。
案例1分析.png

案例二: 当同步遇到了并行

    NSLog(@"1");        // 任务1
    dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{
        NSLog(@"2");    // 任务2
    });
    NSLog(@"3");        // 任务3

输出:

1 
2
3

分析:

首先执行任务1,接下来会遇到一个同步线程,程序会进入等待
等待任务2执行完成以后,才能继续执行任务3
从dispatch_get_global_queue可以看出,任务2被加入到了全局的并行队列中
当并行队列执行完任务2以后,返回到主队列,继续执行任务3
案例2分析.png

案例三: 同步异步都有

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"1");            // 任务1
dispatch_async(queue, ^{
   NSLog(@"2");        // 任务2
     dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"3");    // 任务3
     });
   NSLog(@"4");        // 任务4
});
NSLog(@"5");            // 任务5

输出:

1 
5
2
// 2 和 5 的顺序不一定 , 3, 4, 没有输出

分析:

这个案例是自己通过dispatch_queue_create函数创建了一个DISPATCH_QUEUE_SERIAL的串行队列。
1.执行任务1
2.遇到异步线程,将【任务2、同步线程、任务4】加入串行队列中
  因为是异步线程,所以在主线程中的任务5不必等待异步线程中的所有任务完成
3.因为任务5不必等待,所以2和5的输出顺序不能确定
4.任务2执行完以后,遇到同步线程,这时,将任务3加入串行队列
5.又因为任务4比任务3早加入`串行队列`,所以,任务3要等待任务4完成以后,才能执行。
  但是任务3所在的同步线程会阻塞,所以任务4必须等任务3执行完以后再执行。
  这就又陷入了无限的等待中,造成死锁。
案例3分析.png

案例四: 异步遇到同步回主线程

  NSLog(@"1");            // 任务1
  dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
      NSLog(@"2");        // 任务2
      dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"3");      // 任务3
      });
      NSLog(@"4");        // 任务4
   });
   NSLog(@"5");           // 任务5

输出:

1 
5
2
3
4
// 2 和 5 顺序不一定

分析:

这个案例应该都熟悉,这就是典型的异步加载数据,回调主线程更新UI那个案例

首先,将【任务1、异步线程、任务5】加入Main Queue中,异步线程中的任务是:【任务2、同步线程、任务4】

所以,先执行任务1,然后将异步线程中的任务加入到Global Queue中,
因为异步线程,所以任务5不用等待,结果就是2和5的输出顺序不一定

然后再看异步线程中的任务执行顺序
任务2执行完以后,遇到同步线程。将同步线程中的任务又回调加入到Main Queue中,这时加入的任务3在任务5的后面

当任务3执行完以后,没有了阻塞,程序继续执行任务4

从以上的分析来看,得到的几个结果:
1最先执行
2和5顺序不一定
4一定在3后面
案例4分析.png

案例五: 当我们典型案例4,遇到了主线程上出现无限循环的时候

   dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"1"); // 任务1
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"2"); // 任务2
        });
        NSLog(@"3"); // 任务3
    });
    NSLog(@"4"); // 任务4
    while (1) {
    }
    NSLog(@"5"); // 任务5

输出:

4
1 
// 1 和 4 顺序不一定

分析:

和上面几个案例的分析类似,先来看看都有哪些任务加入了Main Queue:【异步线程、任务4、死循环、任务5】

在加入到Global Queue异步线程中的任务有:【任务1、同步线程、任务3】。

第一个就是异步线程,任务4不用等待,所以结果任务1和任务4顺序不一定

任务4完成后,程序进入死循环,Main Queue阻塞
但是加入到Global Queue的异步线程不受影响,继续执行任务1后面的同步线程。

同步线程中,将任务2加入到了主线程
并且,任务3等待任务2完成以后才能执行
这时的主线程,已经被死循环阻塞了
所以任务2无法执行,当然任务3也无法执行,在死循环后的任务5也不会执行。

最终,只能得到1和4顺序不定的结果。
案例5分析.png

结语:GCD死锁问题,上面列举的5各案例,基本已经概括了GCD遇到的绝大多数情况了

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