iOS GCD 之 底层原理分析

2021-02-23  本文已影响0人  辉辉岁月

本文是队列创建、同步/异步函数、单例、信号量以及调度组的底层原理分析

队列创建

在上一篇文章GCD 之 函数与队列中，我们理解了队列与函数，知道队列的创建时通过GCD中的dispatch_queue_create方法，下面我们在libdispatch.dylib去探索队列是如何创建的（下载链接）

底层源码分析

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 创建 -
    dispatch_queue_attr_info_t dqai = _dispatch_queue_attr_to_info(dqa);

    //第一步：规范化参数，例如qos, overcommit, tq
    ...

    //拼接队列名称
    const void *vtable;
    dispatch_queue_flags_t dqf = legacy ? DQF_MUTABLE : 0;
    if (dqai.dqai_concurrent) { //vtable表示类的类型
        // OS_dispatch_queue_concurrent
        vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_concurrent);
    } else {
        vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_serial);
    }

    ....

    //创建队列，并初始化
    dispatch_lane_t dq = _dispatch_object_alloc(vtable,
            sizeof(struct dispatch_lane_s)); // alloc
    //根据dqai.dqai_concurrent的值，就能判断队列 是 串行 还是并发
    _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
    //设置队列label标识符
    dq->dq_label = label;//label赋值
    dq->dq_priority = _dispatch_priority_make((dispatch_qos_t)dqai.dqai_qos, dqai.dqai_relpri);//优先级处理

    ...

    //类似于类与元类的绑定，不是直接的继承关系，而是类似于模型与模板的关系
    dq->do_targetq = tq;
    _dispatch_object_debug(dq, "%s", __func__);
    return _dispatch_trace_queue_create(dq)._dq;//研究dq
}

_dispatch_lane_create_with_target 分析

并发队列类型：OS_dispatch_queue_concurrent，验证如下

#define DISPATCH_VTABLE(name) DISPATCH_OBJC_CLASS(name)
👇
#define DISPATCH_OBJC_CLASS(name)   (&DISPATCH_CLASS_SYMBOL(name))
👇
#define DISPATCH_CLASS(name) OS_dispatch_##name

第四步】通过alloc+init初始化队列，即dq，其中在_dispatch_queue_init传参中根据dqai.dqai_concurrent的布尔值，就能判断队列 是 串行 还是并发，而 vtable表示队列的类型，说明队列也是对象

进入_dispatch_queue_init方法,队列类型是dispatch_queue_t,并设置队列的相关属性

【第五步】通过_dispatch_trace_queue_create对创建的队列进行处理，其中_dispatch_trace_queue_create是_dispatch_introspection_queue_create封装的宏定义，最后会返回处理过的_dq

进入_dispatch_introspection_queue_create_hook -> dispatch_introspection_queue_get_info -> _dispatch_introspection_lane_get_info中可以看出，与我们自定义的类还是有所区别的，创建队列在底层的实现是通过模板创建的

总结

dispatch_queue_create底层分析流程如下图所示

函数 底层原理分析

主要是分析 异步函数dispatch_async 和 同步函数dispatch_sync

异步函数

进入dispatch_async的源码实现，主要分析两个函数

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

    // 任务包装器（work在这里才有使用） - 接受work - 保存work - 并函数式编程
    // 保存 block 
    qos = _dispatch_continuation_init(dc, dq, work, 0, dc_flags);
    //并发处理
    _dispatch_continuation_async(dq, dc, qos, dc->dc_flags);
}

_dispatch_continuation_init 任务包装器

进入_dispatch_continuation_init源码实现，主要是包装任务，并设置线程的回程函数，相当于初始化

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);//拷贝任务

    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;//赋值
        // 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);//封装work - 异步回调
    if (dc_flags & DC_FLAG_CONSUME) {
        func = _dispatch_call_block_and_release;//回调函数赋值 - 同步回调
    }
    return _dispatch_continuation_init_f(dc, dqu, ctxt, func, flags, dc_flags);
}

主要有以下几步

#define _dispatch_Block_invoke(bb) \
        ((dispatch_function_t)((struct Block_layout *)bb)->invoke)

_dispatch_continuation_async 并发处理

这个函数中，主要是执行block回调

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_async(dispatch_queue_class_t dqu,
        dispatch_continuation_t dc, dispatch_qos_t qos, uintptr_t dc_flags)
{
#if DISPATCH_INTROSPECTION
    if (!(dc_flags & DC_FLAG_NO_INTROSPECTION)) {
        _dispatch_trace_item_push(dqu, dc);//跟踪日志
    }
#else
    (void)dc_flags;
#endif
    return dx_push(dqu._dq, dc, qos);//与dx_invoke一样，都是宏
}


#define dx_push(x, y, z) dx_vtable(x)->dq_push(x, y, z)

符号断点调试执行函数

dispatch_queue_t conque = dispatch_queue_create("com.CJL.Queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(conque, ^{
    NSLog(@"异步函数");
});

进入_dispatch_lane_concurrent_push源码，发现有两步，继续通过符号断点_dispatch_continuation_redirect_push和_dispatch_lane_push调试，发现走的是_dispatch_continuation_redirect_push

进入_dispatch_continuation_redirect_push源码，发现又走到了dx_push，即递归了，综合前面队列创建时可知，队列也是一个对象，有父类、根类，所以会递归执行到根类的方法

接下来，通过根类的_dispatch_root_queue_push符号断点，来验证猜想是否正确，从运行结果看出，完全是正确的

DISPATCH_NOINLINE
static void
_dispatch_root_queue_poke_slow(dispatch_queue_global_t dq, int n, int floor)
{
    int remaining = n;
    int r = ENOSYS;

    _dispatch_root_queues_init();//重点

    ...
    //do-while循环创建线程
    do {
        _dispatch_retain(dq); // released in _dispatch_worker_thread
        while ((r = pthread_create(pthr, attr, _dispatch_worker_thread, dq))) {
            if (r != EAGAIN) {
                (void)dispatch_assume_zero(r);
            }
            _dispatch_temporary_resource_shortage();
        }
    } while (--remaining);

    ...
}
_dispatch_root_queues_init
DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_root_queues_init(void)
{
    dispatch_once_f(&_dispatch_root_queues_pred, NULL, _dispatch_root_queues_init_once);
}

其block回调执行的调用路径为：_dispatch_root_queues_init_once ->_dispatch_worker_thread2 -> _dispatch_root_queue_drain -> _dispatch_root_queue_drain -> _dispatch_continuation_pop_inline -> _dispatch_continuation_invoke_inline -> _dispatch_client_callout -> dispatch_call_block_and_release

这个路径可以通过断点，bt打印堆栈信息得出

说明

在这里需要说明一点的是，单例的block回调和异步函数的block回调是不同的

总结

所以，综上所述，异步函数的底层分析如下

异步函数的底层分析流程如图所示

dispatch_async底层分析流程

同步函数

进入dispatch_sync源码实现，其底层的实现是通过栅栏函数实现的(栅栏函数的底层分析见后文)

DISPATCH_NOINLINE
void
dispatch_sync(dispatch_queue_t dq, dispatch_block_t work)
{
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_BLOCK;
    if (unlikely(_dispatch_block_has_private_data(work))) {
        return _dispatch_sync_block_with_privdata(dq, work, dc_flags);
    }
    _dispatch_sync_f(dq, work, _dispatch_Block_invoke(work), dc_flags);
}


DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_sync_f_inline(dispatch_queue_t dq, void *ctxt,
        dispatch_function_t func, uintptr_t dc_flags)
{
    if (likely(dq->dq_width == 1)) {//表示是串行队列
        return _dispatch_barrier_sync_f(dq, ctxt, func, dc_flags);//栅栏
    }

    if (unlikely(dx_metatype(dq) != _DISPATCH_LANE_TYPE)) {
        DISPATCH_CLIENT_CRASH(0, "Queue type doesn't support dispatch_sync");
    }

    dispatch_lane_t dl = upcast(dq)._dl;
    // Global concurrent queues and queues bound to non-dispatch threads
    // always fall into the slow case, see DISPATCH_ROOT_QUEUE_STATE_INIT_VALUE
    if (unlikely(!_dispatch_queue_try_reserve_sync_width(dl))) {
        return _dispatch_sync_f_slow(dl, ctxt, func, 0, dl, dc_flags);//死锁
    }

    if (unlikely(dq->do_targetq->do_targetq)) {
        return _dispatch_sync_recurse(dl, ctxt, func, dc_flags);
    }
    _dispatch_introspection_sync_begin(dl);//处理当前信息
    _dispatch_sync_invoke_and_complete(dl, ctxt, func DISPATCH_TRACE_ARG(
            _dispatch_trace_item_sync_push_pop(dq, ctxt, func, dc_flags)));//block执行并释放
}

_dispatch_sync_f_slow 死锁

往一个队列中 加入任务，会push加入主队列，进入_dispatch_trace_item_push

进入__DISPATCH_WAIT_FOR_QUEUE__，判断dq是否为正在等待的队列，然后给出一个状态state，然后将dq的状态和当前任务依赖的队列进行匹配

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline bool
_dispatch_lock_is_locked_by(dispatch_lock lock_value, dispatch_tid tid)
{
    // equivalent to _dispatch_lock_owner(lock_value) == tid
    //异或操作：相同为0，不同为1，如果相同，则为0，0 &任何数都为0
    //即判断 当前要等待的任务 和 正在执行的任务是否一样，通俗的解释就是 执行和等待的是否在同一队列
    return ((lock_value ^ tid) & DLOCK_OWNER_MASK) == 0;
}

如果当前等待的和正在执行的是同一个队列，即判断线程ID是否相乘，如果相等，则会造成死锁

同步函数 + 并发队列 顺序执行的原因

在_dispatch_sync_invoke_and_complete -> _dispatch_sync_function_invoke_inline源码中，主要有三个步骤:

从实现中可以看出，是先将任务push队列中，然后执行block回调，在将任务pop，所以任务是顺序执行的。

总结

同步函数的底层实现如下：

所以，综上所述，同步函数的底层实现流程如图所示

单例

在日常开发中，我们一般使用GCD的dispatch_once来创建单例，如下所示

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
    NSLog(@"单例应用");
});

首先对于单例，我们需要了解两点

下面带着以下两点疑问，我们来针对单例的底层进行分析

void
dispatch_once(dispatch_once_t *val, dispatch_block_t block)
{
    dispatch_once_f(val, block, _dispatch_Block_invoke(block));
}


DISPATCH_NOINLINE
void
dispatch_once_f(dispatch_once_t *val, void *ctxt, dispatch_function_t func)
{
    dispatch_once_gate_t l = (dispatch_once_gate_t)val;

#if !DISPATCH_ONCE_INLINE_FASTPATH || DISPATCH_ONCE_USE_QUIESCENT_COUNTER
    uintptr_t v = os_atomic_load(&l->dgo_once, acquire);//load
    if (likely(v == DLOCK_ONCE_DONE)) {//已经执行过了，直接返回
        return;
    }
#if DISPATCH_ONCE_USE_QUIESCENT_COUNTER
    if (likely(DISPATCH_ONCE_IS_GEN(v))) {
        return _dispatch_once_mark_done_if_quiesced(l, v);
    }
#endif
#endif
    if (_dispatch_once_gate_tryenter(l)) {//尝试进入
        return _dispatch_once_callout(l, ctxt, func);
    }
    return _dispatch_once_wait(l);//无限次等待
}

_dispatch_once_gate_tryenter 解锁

查看其源码，主要是通过底层os_atomic_cmpxchg方法进行对比，如果比较没有问题，则进行加锁，即任务的标识符置为DLOCK_ONCE_UNLOCKED

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline bool
_dispatch_once_gate_tryenter(dispatch_once_gate_t l)
{
    return os_atomic_cmpxchg(&l->dgo_once, DLOCK_ONCE_UNLOCKED,
            (uintptr_t)_dispatch_lock_value_for_self(), relaxed);//首先对比，然后进行改变
}

_dispatch_once_callout 回调

进入_dispatch_once_callout源码，主要就两步

DISPATCH_NOINLINE
static void
_dispatch_once_callout(dispatch_once_gate_t l, void *ctxt,
        dispatch_function_t func)
{
    _dispatch_client_callout(ctxt, func);//block调用执行
    _dispatch_once_gate_broadcast(l);//进行广播：告诉别人有了归属，不要找我了


#undef _dispatch_client_callout
void
_dispatch_client_callout(void *ctxt, dispatch_function_t f)
{
    @try {
        return f(ctxt);
    }
    @catch (...) {
        objc_terminate();
    }
}


DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline uintptr_t
_dispatch_once_mark_done(dispatch_once_gate_t dgo)
{
    //如果不相同，直接改为相同，然后上锁 -- DLOCK_ONCE_DONE
    return os_atomic_xchg(&dgo->dgo_once, DLOCK_ONCE_DONE, release);
}

总结

针对单例的底层实现，主要说明如下：

单例的底层流程分析如下如所示

栅栏函数

GCD中常用的栅栏函数，主要有两种

栅栏函数最直接的作用就是 控制任务执行顺序，使同步执行。

同时，栅栏函数需要注意一下几点

  • 栅栏函数只能控制同一并发队列
  • 同步栅栏添加进入队列的时候，当前线程会被锁死，直到同步栅栏之前的任务和同步栅栏任务本身执行完毕时，当前线程才会打开然后继续执行下一句代码。
  • 在使用栅栏函数时.使用自定义队列才有意义,如果用的是串行队列,这个栅栏函数的作用等同于一个同步函数的作用，没有任何意义;如果系统提供的全局并发队列，由于全局并发队列不是只有你在使用，系统也有可能在使用，可能引起不必要的问题。

代码调试

总共有4个任务，其中前2个任务有依赖关系，即任务1执行完，执行任务2，此时可以使用栅栏函数

总结

使用场景

栅栏函数除了用于任务有依赖关系时，同时还可以用于数据安全

像下面这样操作，会崩溃

崩溃的原因是：数据在不断的retain 和 release，在数据还没有retain完毕时，已经开始了release，相当于加了一个空数据，进行release

修改

- (void)use041{
    dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.CJL.Queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];

    for (int i = 0; i<100000; i++) {
        dispatch_async(concurrentQueue, ^{
            dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{
                [array addObject:[NSString stringWithFormat:@"%d", i]];
            });
        });
    }
}


- (void)use041{
    dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.CJL.Queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];

    for (int i = 0; i<100000; i++) {
        dispatch_async(concurrentQueue, ^{
            @synchronized (self) {
                [array addObject:[NSString stringWithFormat:@"%d", i]];
            };
        });
    }
}

注意

异步栅栏函数 底层分析

进入dispatch_barrier_async源码实现，其底层的实现与dispatch_async类似，这里就不再做分析了，有兴趣的可以自行探索下

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

    qos = _dispatch_continuation_init(dc, dq, work, 0, dc_flags);
    _dispatch_continuation_async(dq, dc, qos, dc_flags);
}
#endif

同步栅栏函数 底层分析

进入dispatch_barrier_sync源码，实现如下

void
dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t dq, dispatch_block_t work)
{
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_BARRIER | DC_FLAG_BLOCK;
    if (unlikely(_dispatch_block_has_private_data(work))) {
        return _dispatch_sync_block_with_privdata(dq, work, dc_flags);
    }
    _dispatch_barrier_sync_f(dq, work, _dispatch_Block_invoke(work), dc_flags);
}

_dispatch_barrier_sync_f_inline

进入_dispatch_barrier_sync_f -> _dispatch_barrier_sync_f_inline源码

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_barrier_sync_f_inline(dispatch_queue_t dq, void *ctxt,
        dispatch_function_t func, uintptr_t dc_flags)
{
    dispatch_tid tid = _dispatch_tid_self();//获取线程的id，即线程的唯一标识

    ...

    //判断线程状态，需不需要等待，是否回收
    if (unlikely(!_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync(dl, tid))) {//栅栏函数也会死锁
        return _dispatch_sync_f_slow(dl, ctxt, func, DC_FLAG_BARRIER, dl,//没有回收
                DC_FLAG_BARRIER | dc_flags);
    }
    //验证target是否存在，如果存在，加入栅栏函数的递归查找 是否等待
    if (unlikely(dl->do_targetq->do_targetq)) {
        return _dispatch_sync_recurse(dl, ctxt, func,
                DC_FLAG_BARRIER | dc_flags);
    }
    _dispatch_introspection_sync_begin(dl);
    _dispatch_lane_barrier_sync_invoke_and_complete(dl, ctxt, func
            DISPATCH_TRACE_ARG(_dispatch_trace_item_sync_push_pop(
                    dq, ctxt, func, dc_flags | DC_FLAG_BARRIER)));//执行
}

源码主要有分为以下几部分

进入_dispatch_queue_try_acquire_barrier_sync_and_suspend，在这里进行释放

通过_dispatch_lane_barrier_sync_invoke_and_complete执行block并释放

信号量

信号量的作用一般是用来使任务同步执行，类似于互斥锁，用户可以根据需要控制GCD最大并发数，一般是这样使用的

//信号量
dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(1);

dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_semaphore_signal(sem);

下面我们来分析其底层原理

dispatch_semaphore_create 创建

该函数的底层实现如下，主要是初始化信号量，并设置GCD的最大并发数，其最大并发数必须大于0

dispatch_semaphore_t
dispatch_semaphore_create(long value)
{
    dispatch_semaphore_t dsema;

    // If the internal value is negative, then the absolute of the value is
    // equal to the number of waiting threads. Therefore it is bogus to
    // initialize the semaphore with a negative value.
    if (value < 0) {
        return DISPATCH_BAD_INPUT;
    }

    dsema = _dispatch_object_alloc(DISPATCH_VTABLE(semaphore),
            sizeof(struct dispatch_semaphore_s));
    dsema->do_next = DISPATCH_OBJECT_LISTLESS;
    dsema->do_targetq = _dispatch_get_default_queue(false);
    dsema->dsema_value = value;
    _dispatch_sema4_init(&dsema->dsema_sema, _DSEMA4_POLICY_FIFO);
    dsema->dsema_orig = value;
    return dsema;
}

dispatch_semaphore_wait 加锁

该函数的源码实现如下，其主要作用是对信号量dsema通过os_atomic_dec2o进行了--操作，其内部是执行的C++的atomic_fetch_sub_explicit方法

long
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout)
{
    // dsema_value 进行 -- 操作
    long value = os_atomic_dec2o(dsema, dsema_value, acquire);
    if (likely(value >= 0)) {//表示执行操作无效，即执行成功
        return 0;
    }
    return _dispatch_semaphore_wait_slow(dsema, timeout);//长等待
}

其中os_atomic_dec2o的宏定义转换如下

os_atomic_inc2o(p, f, m) 
👇
os_atomic_sub2o(p, f, 1, m)
👇
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, sub, -)
👇
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, add, +)
👇
({ _os_atomic_basetypeof(p) _v = (v), _r = \
        atomic_fetch_##o##_explicit(_os_atomic_c11_atomic(p), _v, \
        memory_order_##m); (__typeof__(_r))(_r op _v); })

将具体的值代入为

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),
等价于 dsema->dsema_value - 1

dispatch_semaphore_signal 解锁

该函数的源码实现如下，其核心也是通过os_atomic_inc2o函数对value进行了++操作，os_atomic_inc2o内部是通过C++的atomic_fetch_add_explicit

long
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema)
{
    //signal 对 value是 ++
    long value = os_atomic_inc2o(dsema, dsema_value, release);
    if (likely(value > 0)) {//返回0，表示当前的执行操作无效，相当于执行成功
        return 0;
    }
    if (unlikely(value == LONG_MIN)) {
        DISPATCH_CLIENT_CRASH(value,
                "Unbalanced call to dispatch_semaphore_signal()");
    }
    return _dispatch_semaphore_signal_slow(dsema);//进入长等待
}

其中os_atomic_dec2o的宏定义转换如下

os_atomic_inc2o(p, f, m) 
👇
os_atomic_add2o(p, f, 1, m)
👇
os_atomic_add(&(p)->f, (v), m)
👇
_os_atomic_c11_op((p), (v), m, add, +)
👇
({ _os_atomic_basetypeof(p) _v = (v), _r = \
        atomic_fetch_##o##_explicit(_os_atomic_c11_atomic(p), _v, \
        memory_order_##m); (__typeof__(_r))(_r op _v); })

将具体的值代入为

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),
等价于 dsema->dsema_value + 1

总结

所以，综上所述，信号量相关函数的底层操作如图所示

调度组

调度组的最直接作用是控制任务执行顺序，常见方式如下

dispatch_group_create 创建组 
dispatch_group_async 进组任务 
dispatch_group_notify 进组任务执行完毕通知 dispatch_group_wait 进组任务执行等待时间

//进组和出组一般是成对使用的
dispatch_group_enter 进组 
dispatch_group_leave 出组

使用

假设目前有两个任务，需要等待这两个任务都执行完毕，才会更新UI，可以使用调度组

【修改一】如果将dispatch_group_notify移动到最前面，能否执行？

能执行，但是是只要有enter-leave成对匹配，notify就会执行，不会等两个组都执行完。意思就是只要enter-leave成对就可以执行

不能，会一直等待，等一个leave，才会执行notify

会崩溃，因为enter-leave不成对，崩溃在里面是因为async有延迟

dispatch_group_create 创建组

主要是创建group，并设置属性，此时的group的value为0

dispatch_group_t
dispatch_group_create(void)
{
    return _dispatch_group_create_with_count(0);
}


DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline dispatch_group_t
_dispatch_group_create_with_count(uint32_t n)
{
    //创建group对象,类型为OS_dispatch_group
    dispatch_group_t dg = _dispatch_object_alloc(DISPATCH_VTABLE(group),
            sizeof(struct dispatch_group_s));
    //group对象赋值
    dg->do_next = DISPATCH_OBJECT_LISTLESS;
    dg->do_targetq = _dispatch_get_default_queue(false);
    if (n) {
        os_atomic_store2o(dg, dg_bits,
                (uint32_t)-n * DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL, relaxed);
        os_atomic_store2o(dg, do_ref_cnt, 1, relaxed); // <rdar://22318411>
    }
    return dg;
}

dispatch_group_enter 进组

进入dispatch_group_enter源码，通过os_atomic_sub_orig2o对dg->dg.bits 作 --操作，对数值进行处理

void
dispatch_group_enter(dispatch_group_t dg)
{
    // The value is decremented on a 32bits wide atomic so that the carry
    // for the 0 -> -1 transition is not propagated to the upper 32bits.
    uint32_t old_bits = os_atomic_sub_orig2o(dg, dg_bits,//原子递减 0 -> -1
            DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL, acquire);
    uint32_t old_value = old_bits & DISPATCH_GROUP_VALUE_MASK;
    if (unlikely(old_value == 0)) {//如果old_value
        _dispatch_retain(dg); // <rdar://problem/22318411>
    }
    if (unlikely(old_value == DISPATCH_GROUP_VALUE_MAX)) {//到达临界值，会报crash
        DISPATCH_CLIENT_CRASH(old_bits,
                "Too many nested calls to dispatch_group_enter()");
    }
}

dispatch_group_leave 出组

void
dispatch_group_leave(dispatch_group_t dg)
{
    // The value is incremented on a 64bits wide atomic so that the carry for
    // the -1 -> 0 transition increments the generation atomically.
    uint64_t new_state, old_state = os_atomic_add_orig2o(dg, dg_state,//原子递增 ++
            DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL, release);
    uint32_t old_value = (uint32_t)(old_state & DISPATCH_GROUP_VALUE_MASK);
    //根据状态，唤醒
    if (unlikely(old_value == DISPATCH_GROUP_VALUE_1)) {
        old_state += DISPATCH_GROUP_VALUE_INTERVAL;
        do {
            new_state = old_state;
            if ((old_state & DISPATCH_GROUP_VALUE_MASK) == 0) {
                new_state &= ~DISPATCH_GROUP_HAS_WAITERS;
                new_state &= ~DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS;
            } else {
                // If the group was entered again since the atomic_add above,
                // we can't clear the waiters bit anymore as we don't know for
                // which generation the waiters are for
                new_state &= ~DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS;
            }
            if (old_state == new_state) break;
        } while (unlikely(!os_atomic_cmpxchgv2o(dg, dg_state,
                old_state, new_state, &old_state, relaxed)));
        return _dispatch_group_wake(dg, old_state, true);//唤醒
    }
    //-1 -> 0, 0+1 -> 1，即多次leave，会报crash，简单来说就是enter-leave不平衡
    if (unlikely(old_value == 0)) {
        DISPATCH_CLIENT_CRASH((uintptr_t)old_value,
                "Unbalanced call to dispatch_group_leave()");
    }
}


DISPATCH_NOINLINE
static void
_dispatch_group_wake(dispatch_group_t dg, uint64_t dg_state, bool needs_release)
{
    uint16_t refs = needs_release ? 1 : 0; // <rdar://problem/22318411>

    if (dg_state & DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS) {
        dispatch_continuation_t dc, next_dc, tail;

        // Snapshot before anything is notified/woken <rdar://problem/8554546>
        dc = os_mpsc_capture_snapshot(os_mpsc(dg, dg_notify), &tail);
        do {
            dispatch_queue_t dsn_queue = (dispatch_queue_t)dc->dc_data;
            next_dc = os_mpsc_pop_snapshot_head(dc, tail, do_next);
            _dispatch_continuation_async(dsn_queue, dc,
                    _dispatch_qos_from_pp(dc->dc_priority), dc->dc_flags);//block任务执行
            _dispatch_release(dsn_queue);
        } while ((dc = next_dc));//do-while循环，进行异步任务的命中

        refs++;
    }

    if (dg_state & DISPATCH_GROUP_HAS_WAITERS) {
        _dispatch_wake_by_address(&dg->dg_gen);//地址释放
    }

    if (refs) _dispatch_release_n(dg, refs);//引用释放
}


DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_async(dispatch_queue_class_t dqu,
        dispatch_continuation_t dc, dispatch_qos_t qos, uintptr_t dc_flags)
{
#if DISPATCH_INTROSPECTION
    if (!(dc_flags & DC_FLAG_NO_INTROSPECTION)) {
        _dispatch_trace_item_push(dqu, dc);//跟踪日志
    }
#else
    (void)dc_flags;
#endif
    return dx_push(dqu._dq, dc, qos);//与dx_invoke一样，都是宏
}

这步与异步函数的block回调执行是一致的，这里不再作说明

dispatch_group_notify 通知

DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_group_notify(dispatch_group_t dg, dispatch_queue_t dq,
        dispatch_continuation_t dsn)
{
    uint64_t old_state, new_state;
    dispatch_continuation_t prev;

    dsn->dc_data = dq;
    _dispatch_retain(dq);
    //获取dg底层的状态标识码，通过os_atomic_store2o获取的值，即从dg的状态码 转成了 os底层的state
    prev = os_mpsc_push_update_tail(os_mpsc(dg, dg_notify), dsn, do_next);
    if (os_mpsc_push_was_empty(prev)) _dispatch_retain(dg);
    os_mpsc_push_update_prev(os_mpsc(dg, dg_notify), prev, dsn, do_next);
    if (os_mpsc_push_was_empty(prev)) {
        os_atomic_rmw_loop2o(dg, dg_state, old_state, new_state, release, {
            new_state = old_state | DISPATCH_GROUP_HAS_NOTIFS;
            if ((uint32_t)old_state == 0) { //如果等于0，则可以进行释放了
                os_atomic_rmw_loop_give_up({
                    return _dispatch_group_wake(dg, new_state, false);//唤醒
                });
            }
        });
    }
}

除了leave可以通过_dispatch_group_wake唤醒，其中dispatch_group_notify也是可以唤醒的

#define os_mpsc_push_update_tail(Q, tail, _o_next)  ({ \
    os_mpsc_node_type(Q) _tl = (tail); \
    os_atomic_store2o(_tl, _o_next, NULL, relaxed); \
    os_atomic_xchg(_os_mpsc_tail Q, _tl, release); \
})

dispatch_group_async

#ifdef __BLOCKS__
void
dispatch_group_async(dispatch_group_t dg, dispatch_queue_t dq,
        dispatch_block_t db)
{

    dispatch_continuation_t dc = _dispatch_continuation_alloc();
    uintptr_t dc_flags = DC_FLAG_CONSUME | DC_FLAG_GROUP_ASYNC;
    dispatch_qos_t qos;
    //任务包装器
    qos = _dispatch_continuation_init(dc, dq, db, 0, dc_flags);
    //处理任务
    _dispatch_continuation_group_async(dg, dq, dc, qos);
}
#endif


DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_group_async(dispatch_group_t dg, dispatch_queue_t dq,
        dispatch_continuation_t dc, dispatch_qos_t qos)
{
    dispatch_group_enter(dg);//进组
    dc->dc_data = dg;
    _dispatch_continuation_async(dq, dc, qos, dc->dc_flags);//异步操作
}


DISPATCH_ALWAYS_INLINE
static inline void
_dispatch_continuation_with_group_invoke(dispatch_continuation_t dc)
{
    struct dispatch_object_s *dou = dc->dc_data;
    unsigned long type = dx_type(dou);
    if (type == DISPATCH_GROUP_TYPE) {//如果是调度组类型
        _dispatch_client_callout(dc->dc_ctxt, dc->dc_func);//block回调
        _dispatch_trace_item_complete(dc);
        dispatch_group_leave((dispatch_group_t)dou);//出组
    } else {
        DISPATCH_INTERNAL_CRASH(dx_type(dou), "Unexpected object type");
    }

所以，完美的印证dispatch_group_async底层封装的是enter-leave

总结

所以综上所述，调度组的底层分析流程如下图所示

dispatch_source

简述

dispatch_source是基础数据类型，用于协调特定底层系统事件的处理。

dispatch_source替代了异步回调函数，来处理系统相关的事件，当配置一个dispatch时，你需要指定监测的事件、dispatch queue、以及处理事件的代码(block或函数)。当事件发生时，dispatch source会提交你的block或函数到指定的queue去执行

使用 Dispatch Source 而不使用 dispatch_async 的唯一原因就是利用联结的优势。

联结的大致流程为：在任一线程上调用它的一个函数dispatch_source_merge_data后，会执行Dispatch Source事先定义好的句柄（可以把句柄简单理解为一个block），这个过程叫 Custom event ,用户事件。是 dispatch source 支持处理的一种事件。

简单来说：这种事件是由你调用 dispatch_source_merge_data 函数来向自己发出的信号。

句柄是一种指向指针的指针，它指向的就是一个类或者结构，它和系统有密切的关系，这当中还有一个通用的句柄，就是HANDLE

特点

使用

dispatch_source_t source = dispatch_source_create(dispatch_source_type_t type, uintptr_t handle, unsigned long mask, dispatch_queue_t queue)
参数 说明
type dispatch源可处理的事件
handle 可以理解为句柄、索引或id，假如要监听进程，需要传入进程的ID
mask 可以理解为描述，提供更详细的描述，让它知道具体要监听什么
queue 自定义源需要的一个队列，用来处理所有的响应句柄

Dispatch Source 种类

其中type的类型有以下几种

种类 说明
DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_ADD 自定义的事件，变量增加
DISPATCH_SOURCE_TYPE_DATA_OR 自定义的事件，变量OR
DISPATCH_SOURCE_TYPE_MACH_SEND MACH端口发送
DISPATCH_SOURCE_TYPE_MACH_RECV MACH端口接收
DISPATCH_SOURCE_TYPE_MEMORYPRESSURE 内存压力 (注：iOS8后可用)
DISPATCH_SOURCE_TYPE_PROC 进程监听,如进程的退出、创建一个或更多的子线程、进程收到UNIX信号
DISPATCH_SOURCE_TYPE_READ IO操作，如对文件的操作、socket操作的读响应
DISPATCH_SOURCE_TYPE_SIGNAL 接收到UNIX信号时响应
DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER 定时器
DISPATCH_SOURCE_TYPE_VNODE 文件状态监听，文件被删除、移动、重命名
DISPATCH_SOURCE_TYPE_WRITE IO操作，如对文件的操作、socket操作的写响应

注意：

常用函数

//挂起队列
dispatch_suspend(queue) 

//分派源创建时默认处于暂停状态，在分派源分派处理程序之前必须先恢复
dispatch_resume(source) 

//向分派源发送事件，需要注意的是，不可以传递0值(事件不会被触发)，同样也不可以传递负数。
dispatch_source_merge_data 

//设置响应分派源事件的block，在分派源指定的队列上运行
dispatch_source_set_event_handler 

//得到分派源的数据
dispatch_source_get_data 

//得到dispatch源创建，即调用dispatch_source_create的第二个参数
uintptr_t dispatch_source_get_handle(dispatch_source_t source); 

//得到dispatch源创建，即调用dispatch_source_create的第三个参数
unsigned long dispatch_source_get_mask(dispatch_source_t source); 

////取消dispatch源的事件处理--即不再调用block。如果调用dispatch_suspend只是暂停dispatch源。
void dispatch_source_cancel(dispatch_source_t source); 

//检测是否dispatch源被取消，如果返回非0值则表明dispatch源已经被取消
long dispatch_source_testcancel(dispatch_source_t source); 

//dispatch源取消时调用的block，一般用于关闭文件或socket等，释放相关资源
void dispatch_source_set_cancel_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t cancel_handler); 

//可用于设置dispatch源启动时调用block，调用完成后即释放这个block。也可在dispatch源运行当中随时调用这个函数。
void dispatch_source_set_registration_handler(dispatch_source_t source, dispatch_block_t registration_handler);

使用场景

经常用于验证码倒计时，因为dispatch_source不依赖于Runloop，而是直接和底层内核交互，准确性更高。

- (void)use033{
    //倒计时时间
    __block int timeout = 3;

    //创建队列
    dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

    //创建timer
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, globalQueue);

    //设置1s触发一次，0s的误差
    /*
     - source 分派源
     - start 数控制计时器第一次触发的时刻。参数类型是 dispatch_time_t，这是一个opaque类型，我们不能直接操作它。我们得需要 dispatch_time 和 dispatch_walltime 函数来创建它们。另外，常量 DISPATCH_TIME_NOW 和 DISPATCH_TIME_FOREVER 通常很有用。
     - interval 间隔时间
     - leeway 计时器触发的精准程度
     */
    dispatch_source_set_timer(timer,dispatch_walltime(NULL, 0),1.0*NSEC_PER_SEC, 0);

     //触发的事件
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        //倒计时结束，关闭
        if (timeout <= 0) {
            //取消dispatch源
            dispatch_source_cancel(timer);
        }else{
            timeout--;

            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                //更新主界面的操作
                NSLog(@"倒计时 - %d", timeout);
            });
        }
    });

    //开始执行dispatch源
    dispatch_resume(timer);
}

使用GCD中的dispatch_source实现 自定义倒计时按钮

实现思路只要是继承自UIButton，然后通过GCD的dispatch_source 实现倒计时按钮，以下是demo的下载地址

CJLCountDownButton- CJLCountDownButton

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