理解GCD死锁

因为本文只做分享用，非学术性文章，所以某些理论并不是非常严谨，望大家见谅。写下这篇文章有以下的目：

1. 巩固自己的知识，只有把自己知道的东西系统地组织出来，才知道自己到底知不知道。
2. 分享心得，希望刚入门开发的朋友，能够知其然且知其所以然，而不是仅仅死记硬背哪些情况会造成死锁。
3. 希望看到我博客的朋友，能够为我指出我理解中的不足与错误之处，共同进步。

• 我写这篇文章时，假设你已具备：
  - GCD的基础知识，能够使用

一、搞清线程（Thread）和队列（Queue）的区别

网上一些讲解关于GCD死锁的文章，有一些非常明显的错误，比如：认为死锁的原因是线程阻塞造成的，这是非常大的误解，GCD死锁的原因是队列阻塞，而不是线程阻塞！

Thread与Queue的关系
在开发中，我们会把block（也就是swift中的closure），也就是我们想做的任务，交给GCD函数。GCD函数会把任务放进我们指定的队列（Queue），当然GCD函数内部不止是把任务放进队列，还包括一些其他不为我们所知的操作。队列遵循严格的先进先出原则，同一个Queue中，最早入列的block，会最早被分配给线程执行。系统（“系统”指所有被苹果黑盒封装，未公开源码，我们不能得知的操作，下同）会依据顺序从队列中取出block，并且交由线程执行。GCD队列只是组织待执行任务的一个数据结构封装，而线程，才是执行任务的人。

二、回顾程序执行顺序

要往下面讲，不得不回顾一个再基础不过的知识点，我想，这是每一个程序员，入门就知道的超级简单的知识。虽然它非常基础，但是，这正是造成我们GCD死锁的重要因素。很多困难的问题，它们背后隐藏的东西往往非常简单，因为事物永远不会脱离本质。

让我们来看看下面的这个C程序：

#include <stdio.h>

void printFiveNumbers(){
    printf("开始执行printFiveNumbers函数了\n");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("printFiveNumbers - %d\n",i);
    }
    printf("执行完printFiveNumbers函数了\n");
}

//main函数是程序的入口
int main(){
    printf("main函数开始执行了\n");
    printFiveNumbers();
    printf("main函数执行完了\n");
    return 0;
}

运行结果
大家都知道，运行的结果是怎么样了，程序的入口是main函数，于是Run这个程序后，马上就会进入main函数执行，执行了第一句打印后，会跳入printFiveNumbers这个函数执行，直到printFiveNumbers执行完，才会返回到main函数继续执行下一句。重点是：外层方法会等待内层方法返回后，再执行下一句指令。就好像把printFiveNumbers函数的所有语句，都复制粘贴到了main方法里一样。

三、GCD死锁的本质

让我们看看下面这个程序：

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        print("Start \(NSThread.currentThread())")
        //GCD同步函数
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), {
            for i in 0...100{
                print("\(i) \(NSThread.currentThread())")
            }
        })
        print("End \(NSThread.currentThread())")
    }

运行结果（已造成GCD死锁）
这个程序就是典型的死锁，可以看到，只打印了“Start”一行，就再也没有响应了，已经造成了GCD死锁。为什么会这样呢？让我们来解读一下这段程序的运行顺序：首先会打印“Start”，然后将主队列和一个block传入GCD同步函数dispatch_sync中，等待sync函数执行，直到它返回，才会执行打印“End”的语句。可是，竟然没有反应了？block中的101个数字没有被打印出来任何一个，viewDidLoad()中的End也没有被打印出来。也就是说，block没有得到执行的机会，viewDidLoad也没有继续执行下去。为什么block不执行呢？因为viewDidLoad也是执行在主队列的，它是正在被执行的任务，也就是说，viewDidLoad()是主队列的队头。主队列是串行队列，任务不能并发执行，同时只能有一个任务在执行，也就是队头的任务才能被出列执行。我们现在被执行的任务是viewDidLoad()，然后我们又将block入列到同一个队列，它比viewDidLoad()后入列，遵循先进先出的原理，它必须等到viewDidLoad()执行完，才能被执行。但是，dispatch_sync函数的特性是，等待block被执行完毕，才会返回，因此，只要block一天不被执行，它就一天不返回。我们知道，内部方法不返回，外部方法是不会执行下一行命令的。不等到sync函数返回，viewDidLoad打死也不会执行print End的语句，因此，viewDidLoad()一直没有执行完毕。block在等待着viewDidLoad(）执行完毕，它才能上，sync函数在等待着block执行完毕，它才能返回，viewDidLoad(）在等待着sync函数返回，它才能执行完毕。这样的三方循环等待关系，就造成了死锁。
也许文字描述比较抽象，我们再来配一幅图：
串行队列阻塞的原因
可以这么理解：每一个队列，有自己的执行室，串行队列的执行室，只能容纳一个任务，并发队列的执行室，可以同时容纳若干个任务。队头的任务，只要执行室有空位，就会被放入执行室执行。viewDidLoad任务在执行中，我们的主队列又是串行队列，执行室只能容纳一个任务，那么队头的block就需要等待viewDidLoad执行完毕才能进入执行室，那么就造成了，viewDidLoad永远不会执行完毕，block永远不能执行。
三方等待 2016-05-25 上午10.01.35.png
sync函数永远不能返回，最终，就是GCD死锁。

• 那么我们可以总结出GCD被阻塞（blocking）的原因有以下两点：
  1. GCD函数未返回，会阻塞正在执行的任务
  2. 队列的执行室容量太小，在执行室有空位之前，会阻塞同一个队列中在等待的任务
     注意：阻塞（blocking）和死锁（deadlock）是不同的意思，阻塞表示需要等待A事件完成后才能完成B事件，称作A会阻塞B，通俗来讲就是强制等待的意思。而死锁表示由于某些互相阻塞，也就是互相的强制等待，形成了闭环，导致大家永远互相阻塞下去了，Always and Forever，也就是死锁。

以上两点阻塞情景，同时只出现一个，并不会出现死锁，但是如果两个同时出现，就会出现阻塞闭环，造成死锁。因此，造成GCD死锁的原因就是同时具备这两个因素，只要大家理解了这点，就再也不用死记硬背哪些情况会造成GCD死锁了。

四、解决GCD死锁

我们已经有结论，造成GCD死锁，是由于同时具备以下两点因素：

1. GCD函数未返回，会阻塞正在执行的任务
2. 队列的执行室容量太小，在执行室有空位之前，会阻塞同一个队列中在等待的任务

死锁是由于阻塞闭环造成的，那么我们只用消除其中一个因素，就能打破这个闭环，避免死锁。
#######方法1：解决GCD函数未返回造成的阻塞
先提出两个知识点：

• 1. dispatch_sync是同步函数，不具备开启新线程的能力，交给它的block，只会在当前线程执行，不论你传入的是串行队列还是并发队列，并且，它一定会等待block被执行完毕才返回。
• 2. dispatch_async是异步函数，具备开启新线程的能力，但是不一定会开启新线程，交给它的block，可能在任何线程执行，开发者无法控制，是GCD底层在控制。它会立即返回，不会等待block被执行。
     注意：以上两个知识点，有例外，那就是当你传入的是主队列，那两个函数都一定会安排block在主线程执行。记住，主队列是最特殊的队列
     只要看懂了以上两个知识点，大家就知道，sync函数未返回会造成阻塞，只要换成aysnc函数，就会立即返回，而不会等待block执行，那么GCD函数未返回这个阻塞因素就会被解决掉。不用大家也不要盲目的换函数，毕竟两个函数是有不同之处的，要考虑实际期望。

#######方法2：解决队列（Queue）阻塞
解决队列阻塞，有两种方法：

1. 为队列的执行室扩容，让它可以并发执行多个任务，那么就不会因为A任务，造成B任务被阻塞了。
2. 把A和B任务放在两个不同的队列中，A就再也没有机会阻塞B了。因为每个队列都有自己的执行室。
   首先来说第一个思路，如何为队列的执行室扩容呢？我们当然没有办法为执行室扩容，但是我们可以选择用容量大的队列。使用并发队列替代串行队列。因为并发队列的执行室可以同时容纳若干任务
   再来说第二个思路，我们来看代码：

override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        print("Start \(NSThread.currentThread())")
        let serialQueue = dispatch_queue_create("这是一个串行队列", DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
        dispatch_sync(serialQueue, {
            for i in 0...100{
                print("\(i) \(NSThread.currentThread())")
            }
        })
        print("End \(NSThread.currentThread())")
}

运行结果（成功运行，并未死锁）

我们自己新建了一个串行队列，将block放入自己的串行队列，不再和viewDidLoad()处于一个队列，解决了队列阻塞，因此避免了死锁问题。
网上有一些帖子说“在主线程使用sync函数就会造成死锁”或者“在主线程使用sync函数，同时传入串行队列就会死锁”，都是非常错误的观念，希望大家能够真正理解GCD死锁的原理，而不是死记硬背。