GCD死锁解析及相关API

前情提要

GCD极大地简化了平时开发中处理多线程问题的难度，但有时会遇上死锁，导致各种各样的问题，本文用简短的，通俗易懂的方式，与大家一起讨论如何分析死锁，了解了形成死锁的根本原因，问题也就迎刃而解。

正文内容

1. GCD

• GCD(Grand Central Dispatch):是异步执行任务的技术之一。一般将应用程序中记述的线程管理用的代码在系统级中实现。开发者只需定义想执行的任务并追加到适当的Dispatch Queue中，GCD就能生成必要的线程并执行任务。由于线程管理是作为系统的一部分来实现的，因此可统一管理，也可执行任务，这样就比以前的线程更有效率。
• 线程:1个CPU执行的CPU命令列为一条无分叉路径，这条执行路径就是一个线程。
• 多线程编程的问题：多个线程更新相同的资源会导致数据的不一致（数据竞争），停止等待时间的线程会导致多个线程互相持续等待（死锁），使用太多线程会消耗大量内存（频繁的上下文切换）。

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2. GCD的API：

• dispatch_async(queue ^...block)：将指定的Block非同步地追加到指定的Dispatch Queue中，dispatch_async函数不做任何的等待。
  queue是执行处理的等待队列，编程人员把想要执行的处理记述在Block中,并追加到相应的queue中，queue按照FIFO执行处理。
  serial Dispatch Queue: 等待现在执行中处理结束。
  Concurrent Dispatch Queue: 不等待现在执行中处理结束。
• dispatch_sync(queue ^...block)：将指定的Block同步地追加到指定的Dispatch Queue中，在追加Block结束之前，dispatch_sync函数会一直等待。一旦调用dispatch_sync函数，那么在指定的处理执行结束之前，该函数不会返回。
• dispatch_queue_create:用来生成queue,除了使用系统提供的main_queue和globle_queue之外，开发者自己create的queue要自己释放，使用dispatch_release。
  main_queue是在主线程中执行的queue.追加到其中的处理，在主线程的Runloop中执行。
  globle_queue有四个优先级可以设置，但不保证实时性，执行的先后顺序只是大致判断。
• dispatch_set_target_queue:变更生成的queue的执行优先级，可以用个这个函数实现。在必须将不可执行并行执行的处理，追加到多个serial dispatch queue中时，如果使用dispatch_set_target_queue函数将目标指定为某一个serial dispatch queue,即可防止处理并行执行。
• dispatch_after:该函数并不是在指定时间后之后处理，而是在Block追加到队列后再执行，会有最慢1/60秒的延迟。
• dispatch Group:在追加到Dispatch Queue中的多个处理全部结束后，想执行结束处理，就需要用到dispatch Group.由dispatch_group_notify配合，当追加到当前group中的处理全部执行后，dispatch_group_notify将它的block插入到Dispatch queue中并执行。也可以用dispatch_group_wait完成notify的任务。
• dispatch_barrier_async:会等待追加到Concurrent Dispatch Queue上的并行执行的处理全部结束之后，再将指定的处理追加到该队列中，执行完毕后，再去执行Concurrent Dispatch Queue剩下的任务。可以实现高效率的数据库访问和文件访问。
• dispatch_apply:是dispatch_sync函数和dispatch Group的关联API，该函数按指定的次数将指定的Block追加到指定的Dispatch Queue中，并等待全部处理执行结束。
• dispatch_suspend/dispatch_resume:挂起和恢复，当前queue中Block的执行。
• Dispatch Semaphore:更细力度的排他控制。
• dispatch_once:保证在应用程序执行中只执行一次指定处理的API。
• Dispatch I/O:读写文件。
• Dispatch Source:它是BSD系内核惯有功能kqueue的包装，kqueue是XNU内核中发生各种事件时，在应用程序编程方执行处理的技术。其CPU负荷很小。Dispatch Source可以处理：变量增加，变量OR，MACH端口发送，MACH端口接收，检测到进程相关的事件，可读取文件映像，接收信号，定时器，文件系统有变更，可写入文件映像。

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3.GCD中的死锁：

强化几个概念：

• dispatch_async：将指定的Block非同步地追加到指定的Dispatch Queue中，dispatch_async函数不做任何的等待。
• dispatch_sync(queue ^...block)：将指定的Block同步地追加到指定的Dispatch Queue中，在追加Block结束之前，dispatch_sync函数会一直等待。一旦调用dispatch_sync函数，那么在指定的处理执行结束之前，该函数不会返回。
• serial Dispatch Queue: 等待现在执行中处理结束。
• Concurrent Dispatch Queue: 不等待现在执行中处理结束。
• main_queue:主线程，是serial的，但自己创建的serial Dispatch Queue并不是main_queue。

熟悉了这几个概念，分析死锁就没难度了。

    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_sync(mainQueue, ^{NSLog(@"1");});

mainQueue即为主线程，是一条serial Dispatch Queue,根据线程的定义，命令只能一条一条执行，不可以同时执行多条命令(因为执行ptr只有一个),而dispatch_sync(mainQueue, ^{NSLog(@"1");});要做的事，就是让主线程同时做两件事:1.执行dispatch_sync,将指定的Block同步地追加到主线程中，在追加Block结束之前，dispatch_sync函数会一直等待；2.执行主线程Block中的内容^{NSLog(@"1");},等待现在执行处理结束。结果互相等待造成死锁。如果我们将mainQueue换成自建的serialQueue就不会有这个问题，因为相当于两条线程，mainqueue中执行的是dispatch_sync的插入Block的操作，而执行Block的操作由我们自建的serialQueue搞定，所以就不存在死锁。

      dispatch_async(mainQueue, ^{
           NSLog(@"--1--");
       dispatch_sync(mainQueue, ^{
            NSLog(@"--2--");
        });});

--1--会被打印出来,--2--不会被打印出来，死锁道理同1。

dispatch_queue_t serialQueue1 = dispatch_queue_create("com.gcd.setTargetQueue2.serialQueue1", NULL);
dispatch_async(serialQueue1, ^{
           NSLog(@"--1--");
       dispatch_sync(serialQueue1, ^{
            NSLog(@"--2--");
        });});

这个仍然会死锁，道理同1，serialQueue1要同时处理两个问题，所以会死锁。--1--打印出来,--2--打印不出来。

对于Concurrent Dispatch Queue或globel queue因为"不等待现在执行中处理结束",意味着它可以不做任何等待地执行下去，所以不会引发死锁。