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深入理解GCD之dispatch_queue

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区块链

1.前言

队列是我们在使用GCD中经常接触的技术点。

2.关键点

2.1 主队列和主线程

这两个术语我们可以经常听到,不知道有没有人会把这两个概念等同化。主队列和主线程是有关联,但是它们是两个不同的概念。简单地说,主队列是主线程上的一个串行队列,是系统自动为我们创建的。换言之,主线程是可以执行除主队列之外其他队列的任务。

2.2 队列和线程

Concurrent Programming: APIs and Challenges中的一张图片可以很直观地描述GCD与线程之间的关系:

GCDandThread@2x.png


一个线程内可能有多个队列,这些队列可能是串行的或者是并行的,按照同步或者异步的方式工作。

3.队列的定义

dispatch_queue_s是队列的结构体,可以说我们在GCD中接触最多的结构体了。

struct dispatch_queue_vtable_s {
    DISPATCH_VTABLE_HEADER(dispatch_queue_s);
};#define DISPATCH_QUEUE_MIN_LABEL_SIZE 64#ifdef __LP64__#define DISPATCH_QUEUE_CACHELINE_PAD 32#else#define DISPATCH_QUEUE_CACHELINE_PAD 8#endif#define DISPATCH_QUEUE_HEADER \
    uint32_t volatile dq_running; \                    
    uint32_t dq_width; \            
    struct dispatch_object_s *volatile dq_items_tail; \    struct dispatch_object_s *volatile dq_items_head; \ 
    unsigned long dq_serialnum; \    dispatch_queue_t dq_specific_q;struct dispatch_queue_s {
    DISPATCH_STRUCT_HEADER(dispatch_queue_s, dispatch_queue_vtable_s); 
    DISPATCH_QUEUE_HEADER;    char dq_label[DISPATCH_QUEUE_MIN_LABEL_SIZE]; // must be last   
    char _dq_pad[DISPATCH_QUEUE_CACHELINE_PAD]; // for static queues only};

GCD中使用了很多的宏,不利于我们理解代码,我们用对应的结构替换掉定义的宏,如下:

struct dispatch_queue_s {
    //第一部分:DISPATCH_STRUCT_HEADER(dispatch_queue_s, dispatch_queue_vtable_s)
    const struct dispatch_queue_vtable_s *do_vtable; \ //dispatch_queue_s的操作函数:dispatch_queue_vtable_s类型的结构体
    struct dispatch_queue_s *volatile do_next; \ //链表的next
    unsigned int do_ref_cnt; \   //引用计数
    unsigned int do_xref_cnt; \ //外部引用计数
    unsigned int do_suspend_cnt; \ //暂停标志,比如延时处理中,在任务到时后,计时器处理将会将该标志位修改,然后唤醒队列调度
    struct dispatch_queue_s *do_targetq; \ //目标队列,GCD允许我们将一个队列放在另一个队列里执行任务
    void *do_ctxt; \ //上下文,用来存储线程池相关数据,比如用于线程挂起和唤醒的信号量、线程池尺寸等
    void *do_finalizer;    
    //第二部分:DISPATCH_QUEUE_HEADER
    uint32_t volatile dq_running; \ //是否运行中
    uint32_t dq_width; \ //最大并发数:主线程/串行中这个值为1
    struct dispatch_object_s *volatile dq_items_tail; \ //链表尾节点
    struct dispatch_object_s *volatile dq_items_head; \ //链表头节点
    unsigned long dq_serialnum; \ //队列的序列号
    dispatch_queue_t dq_specific_q; //specific队列
    
    //其他:
    char dq_label[DISPATCH_QUEUE_MIN_LABEL_SIZE]; // must be last 说明队列的名字要少于64个字符
    char _dq_pad[DISPATCH_QUEUE_CACHELINE_PAD]; // for static queues only};

4.队列的类型

队列的类型可以分为主队列管理队列自定义队列全局队列4种类型。

4.1 主队列

我们在开发过程中可以使用dispatch_get_main_queue获取主队列,看一下它的定义:

#define dispatch_get_main_queue() (&_dispatch_main_q)struct dispatch_queue_s _dispatch_main_q = {#if !DISPATCH_USE_RESOLVERS
    .do_vtable = &_dispatch_queue_vtable,
    .do_targetq = &_dispatch_root_queues[
            DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY],
#endif
    .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
    .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
    .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
    .dq_label = "com.apple.main-thread",
    .dq_running = 1,
    .dq_width = 1, //说明主队列是一个串行队列
    .dq_serialnum = 1,
};

接着我们看一下它的几个主要属性:

1.do_vtable

const struct dispatch_queue_vtable_s _dispatch_queue_vtable = {
    .do_type = DISPATCH_QUEUE_TYPE,
    .do_kind = "queue",
    .do_dispose = _dispatch_queue_dispose,
    .do_invoke = NULL,
    .do_probe = (void *)dummy_function_r0,
    .do_debug = dispatch_queue_debug,
};

2.do_targetq

主队列的目标队列:"com.apple.root.default-overcommit-priority"这个全局队列。这里我们先提前总结一下:非全局队列的队列类型(主队列以及后面提到的管理队列和自定义队列),都需要压入到全局队列处理,所以需要设置do_targetq

[DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.default-overcommit-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 7,
    },

3.do_ref_cnt和do_xref_cnt

前面提到do_ref_cntdo_xref_cnt是引用计数,主队列的这两个值为DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT。既然是引用计数,那想必是和GCD的内存管理有关,找到和内存管理相关的代码:

voiddispatch_retain(dispatch_object_t dou){    if (slowpath(dou._do->do_xref_cnt == DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT)) {        return; // global object
    }
    
    ...
}void_dispatch_retain(dispatch_object_t dou)
{    if (slowpath(dou._do->do_ref_cnt == DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT)) {        return; // global object
    }
    
    ...
}voiddispatch_release(dispatch_object_t dou){    if (slowpath(dou._do->do_xref_cnt == DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT)) {        return;
    }
    
    ...
}void_dispatch_release(dispatch_object_t dou)
{    if (slowpath(dou._do->do_ref_cnt == DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT)) {        return; // global object
    }

    ...
}

从上面几个函数我们可以看出,主队列的生命周期是伴随着应用的,不会受retain和release的影响

4.2 管理队列

_dispatch_mgr_q(管理队列),是GCD的内部队列,不对外公开。从名字上看,这个队列应该是用来扮演管理的角色,GCD定时器就用到了管理队列。

struct dispatch_queue_s _dispatch_mgr_q = {
    .do_vtable = &_dispatch_queue_mgr_vtable,
    .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
    .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
    .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
    .do_targetq = &_dispatch_root_queues[
            DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY],

    .dq_label = "com.apple.libdispatch-manager",
    .dq_width = 1,
    .dq_serialnum = 2,
};

1.do_vtable

static const struct dispatch_queue_vtable_s _dispatch_queue_mgr_vtable = {
    .do_type = DISPATCH_QUEUE_MGR_TYPE,
    .do_kind = "mgr-queue",
    .do_invoke = _dispatch_mgr_thread,
    .do_debug = dispatch_queue_debug,
    .do_probe = _dispatch_mgr_wakeup,
};

2.do_targetq

管理队列的目标队列:"com.apple.root.high-overcommit-priority"这个全局队列。

[DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.high-overcommit-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 9,
    },

3.do_ref_cnt和do_xref_cnt

管理队列的这两个值为DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,所以和主队列的生命周期应该是一样的。

4.3 自定义队列

我们在开发中会使用 dispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attire)创建一个自定义的队列。它的源代码如下:

dispatch_queue_tdispatch_queue_create(const char *label, dispatch_queue_attr_t attr)
{    dispatch_queue_t dq;    size_t label_len;    if (!label) {
        label = "";
    }

    label_len = strlen(label);    if (label_len < (DISPATCH_QUEUE_MIN_LABEL_SIZE - 1)) {
        label_len = (DISPATCH_QUEUE_MIN_LABEL_SIZE - 1);
    }    // XXX switch to malloc()
    dq = calloc(1ul, sizeof(struct dispatch_queue_s) -
            DISPATCH_QUEUE_MIN_LABEL_SIZE - DISPATCH_QUEUE_CACHELINE_PAD +
            label_len + 1);    if (slowpath(!dq)) {        return dq;
    }//队列初始化数据
    _dispatch_queue_init(dq);    strcpy(dq->dq_label, label);    if (fastpath(!attr)) {        return dq;
    }    if (fastpath(attr == DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)) {
        dq->dq_width = UINT32_MAX;
        dq->do_targetq = _dispatch_get_root_queue(0, false);
    } else {
        dispatch_debug_assert(!attr, "Invalid attribute");
    }    return dq;
}

1.slowpath(x)fastpath(x)

关于这两个宏的定义如下:

#define fastpath(x) ((typeof(x))__builtin_expect((long)(x), ~0l))#define slowpath(x) ((typeof(x))__builtin_expect((long)(x), 0l))

fastpath(x)表示x的值一般不为0,希望编译器进行优化。slowpath(x)表示x的值很可能为0,希望编译器进行优化。

2._dispatch_queue_init

static inline void
_dispatch_queue_init(dispatch_queue_t dq)
{
    dq->do_vtable = &_dispatch_queue_vtable;
    dq->do_next = DISPATCH_OBJECT_LISTLESS;
    dq->do_ref_cnt = 1;
    dq->do_xref_cnt = 1;    // Default target queue is overcommit!
    dq->do_targetq = _dispatch_get_root_queue(0, true);
    dq->dq_running = 0;
    dq->dq_width = 1;
    dq->dq_serialnum = dispatch_atomic_inc(&_dispatch_queue_serial_numbers) - 1;
}

_dispatch_queue_init默认设置一个队列为串行队列,它的目标队列是_dispatch_get_root_queue(0, true)

3.do_targetq

前面对这个字段的解释有点简单了,do_targetq代表目的队列。在Concurrent Programming: APIs and Challenges提到:

While custom queues are a powerful abstraction, all blocks you schedule on them will ultimately trickle down to one of the system’s global queues and its thread pool(s).

虽然自定义队列是一个强大的抽象,但你在队列上安排的所有Block最终都会渗透到系统的某一个全局队列及其线程池。

看起来自定义队列更像是全局队列的一个代理。在自定义队列创建的时候默认其目标队列为_dispatch_get_root_queue(0, true)。其中0代表优先级DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULTtrue代表是否是overcommitovercommit参数表示该队列在执行block时,无论系统多忙都会新开一个线程,这样做的目的是不会造成某个线程过载。如果是自定义并发队列的话,do_targetq会被设置为_dispatch_get_root_queue(0, false)

值得注意的是,主队列的目标队列也是一个全局队列,全局队列的底层就是普通的线程池(这个会在全局队列中讲到)。

4.dq_serialnum

dq_serialnum是在_dispatch_queue_serial_numbers基础上进行原子操作加1,即从12开始累加。1到11被保留的序列号定义如下:

// skip zero// 1 - main_q// 2 - mgr_q// 3 - _unused_// 4,5,6,7,8,9,10,11 - global queues// we use 'xadd' on Intel, so the initial value == next assigned

其中1用于主队列,2用于管理队列,3暂时没有被使用,4~11是用于全局队列的。

4.4 全局队列

上面说了很多全局队列,现在我们来看一下全局队列是如何定义的。

dispatch_queue_tdispatch_get_global_queue(long priority, unsigned long flags)
{    if (flags & ~DISPATCH_QUEUE_OVERCOMMIT) {        return NULL;
    }    return _dispatch_get_root_queue(priority,
            flags & DISPATCH_QUEUE_OVERCOMMIT);
}static inline dispatch_queue_t_dispatch_get_root_queue(long priority, bool overcommit)
{    if (overcommit) switch (priority) {    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW:        return &_dispatch_root_queues[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_OVERCOMMIT_PRIORITY];    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT:        return &_dispatch_root_queues[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY];    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH:        return &_dispatch_root_queues[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY];    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND:        return &_dispatch_root_queues[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_OVERCOMMIT_PRIORITY];
    }    switch (priority) {    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW:        return &_dispatch_root_queues[DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_PRIORITY];    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT:        return &_dispatch_root_queues[DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_PRIORITY];    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH:        return &_dispatch_root_queues[DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_PRIORITY];    case DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND:        return &_dispatch_root_queues[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_PRIORITY];    default:        return NULL;
    }
}

DISPATCH_CACHELINE_ALIGNstruct dispatch_queue_s _dispatch_root_queues[] = {
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.low-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 4,
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_OVERCOMMIT_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.low-overcommit-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 5,
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.default-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 6,
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.default-overcommit-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 7,
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.high-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 8,
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.high-overcommit-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 9,
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.background-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 10,
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {
        .do_vtable = &_dispatch_queue_root_vtable,
        .do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
        .do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
        .do_ctxt = &_dispatch_root_queue_contexts[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_OVERCOMMIT_PRIORITY],

        .dq_label = "com.apple.root.background-overcommit-priority",
        .dq_running = 2,
        .dq_width = UINT32_MAX,
        .dq_serialnum = 11,
    },
};

1.do_vtable

全局队列的do_vtable

static const struct dispatch_queue_vtable_s _dispatch_queue_root_vtable = {
    .do_type = DISPATCH_QUEUE_GLOBAL_TYPE,
    .do_kind = "global-queue",
    .do_debug = dispatch_queue_debug,
    .do_probe = _dispatch_queue_wakeup_global,
};

2.do_ctxt

全局队列中有一个上下文的属性,用来存储线程池相关数据,比如用于线程挂起和唤醒的信号量、线程池尺寸等。

它的定义如下:

static struct dispatch_root_queue_context_s _dispatch_root_queue_contexts[] = {
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_LOW_OVERCOMMIT_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_DEFAULT_OVERCOMMIT_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_HIGH_OVERCOMMIT_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
    [DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_OVERCOMMIT_PRIORITY] = {#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
        .dgq_thread_mediator = &_dispatch_thread_mediator[
                DISPATCH_ROOT_QUEUE_IDX_BACKGROUND_OVERCOMMIT_PRIORITY],
        .dgq_thread_pool_size = MAX_THREAD_COUNT,#endif
    },
};

5. 队列的同步

5.1 dispatch_sync

dispatch_sync的源码如下:

voiddispatch_sync(dispatch_queue_t dq, void (^work)(void))
{#if DISPATCH_COCOA_COMPAT
    if (slowpath(dq == &_dispatch_main_q)) {        return _dispatch_sync_slow(dq, work);
    }#endif
    struct Block_basic *bb = (void *)work;
    dispatch_sync_f(dq, work, (dispatch_function_t)bb->Block_invoke);
}

如果这个队列是主队列,则调用_dispatch_sync_slow,否则调用dispatch_sync_f。点开_dispatch_sync_slow返现,最终还是调用了dispatch_sync_f方法。通过_dispatch_Block_copy或者Block_basic完成由block到function的转换。所以block的执行底层还是使用function

5.2 dispatch_sync_f

dispatch_sync_f的源码如下:

voiddispatch_sync_f(dispatch_queue_t dq, void *ctxt, dispatch_function_t func){    //串行队列
    if (fastpath(dq->dq_width == 1)) {        return dispatch_barrier_sync_f(dq, ctxt, func);
    }    //全局队列
    if (slowpath(!dq->do_targetq)) {        // the global root queues do not need strict ordering
        (void)dispatch_atomic_add2o(dq, dq_running, 2);        return _dispatch_sync_f_invoke(dq, ctxt, func);
    }    //并发队列
    _dispatch_sync_f2(dq, ctxt, func);
}

这里分成了三种情况:
1.如果是串行队列,执行dispatch_barrier_sync_f
2.如果是全局队列,执行_dispatch_sync_f_invoke
3.如果是并行队列,执行_dispatch_sync_f2

5.2.1 dispatch_barrier_sync_f

如果是串行队列压入同步任务,那么当前任务就必须等待前面的任务执行完成后才能执行。源代码就会调用dispatch_barrier_sync_f函数完成上面的效果。

voiddispatch_barrier_sync_f(dispatch_queue_t dq, void *ctxt,        dispatch_function_t func){    // 1) ensure that this thread hasn't enqueued anything ahead of this call
    // 2) the queue is not suspended
    //第一步:如果串行队列中存在其他任务或者队列被挂起,则直接进入_dispatch_sync_f_slow函数,等待这个队列中的其他任务完成(信号量的方式),然后执行这个任务。
    if (slowpath(dq->dq_items_tail) || slowpath(DISPATCH_OBJECT_SUSPENDED(dq))){        return _dispatch_barrier_sync_f_slow(dq, ctxt, func);
    }    
    //第二步:检测队列的dq_running状态,如果有运行,进入_dispatch_barrier_sync_f_slow,等待激活。
    if (slowpath(!dispatch_atomic_cmpxchg2o(dq, dq_running, 0, 1))) {        // global queues and main queue bound to main thread always falls into
        // the slow case
        return _dispatch_barrier_sync_f_slow(dq, ctxt, func);
    }    //第三步:有多重队列,寻找真正的目标队列,其实还是回到了dispatch_sync_f方法
    if (slowpath(dq->do_targetq->do_targetq)) {        return _dispatch_barrier_sync_f_recurse(dq, ctxt, func);
    }    //第四步:执行队列里的任务,执行后检测队列有无其他任务,如果有,释放前面的信号量(释放信号_dispatch_barrier_sync_f2函数中)。
    _dispatch_barrier_sync_f_invoke(dq, ctxt, func);
}

看了上面的代码注释后,我们来想一下同步串行队列死锁问题。死锁是怎么产生的?先看下示例代码:

#import "DeadLock.h"@implementation DeadLock- (instancetype)init {    if (self = [super init]) {//        [self _mianQueueDeadLock];
        [self _serialQueueDeadLock];
    }    
    return self;
}#pragma mark - Private- (void)_mianQueueDeadLock {    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^(void){        NSLog(@"这里死锁了");
    });
}

- (void)_serialQueueDeadLock {    dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("1serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("2serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    
    dispatch_sync(queue1, ^{        NSLog(@"11111");        
        dispatch_sync(queue1, ^{//如果使用queue2就不会发生死锁,使用queue1就会死锁
            NSLog(@"22222");
        });
    });
}@end

_serialQueueDeadLock为例:当第一次执行串行队列任务的时候,跳到第四步,直接开始执行任务,在运行第二个dispatch_sync时候,在任务里面通过执行第一步(队列在运行)向这个同步队列中压入信号量,然后等待信号量,进入死锁。如果主队列则会跳转到第二步进入死锁。

5.2.2 _dispatch_sync_f_invoke

static void_dispatch_sync_f_invoke(dispatch_queue_t dq, void *ctxt,        dispatch_function_t func)
{
    _dispatch_function_invoke(dq, ctxt, func);    if (slowpath(dispatch_atomic_sub2o(dq, dq_running, 2) == 0)) {
        _dispatch_wakeup(dq);
    }
}

如果当前队列是全局队列的话,就会调用_dispatch_sync_f_invoke。这个函数的作用:执行传入的任务,然后根据dq_running检测任务队列有没有激活,没有激活就执行激活函数。关于激活函数_dispatch_wakeup(dq)放在队列的异步中讲解。

5.2.3 _dispatch_sync_f2

_dispatch_sync_f2(dispatch_queue_t dq, void *ctxt, dispatch_function_t func)
{    // 1) ensure that this thread hasn't enqueued anything ahead of this call
    // 2) the queue is not suspended
    //第一步:并发队列中有其他任务或者队列被挂起,压入信号量,等待其他线程释放这个信号量
    if (slowpath(dq->dq_items_tail) || slowpath(DISPATCH_OBJECT_SUSPENDED(dq))){        return _dispatch_sync_f_slow(dq, ctxt, func);
    }    //第二步:并行队列没激活,激活队列后执行任务,最终还是调用了_dispatch_sync_f_slow函数,只是多了一个激活函数
    if (slowpath(dispatch_atomic_add2o(dq, dq_running, 2) & 1)) {        return _dispatch_sync_f_slow2(dq, ctxt, func);
    }    //第三步:队列有多重队列,寻找真正的目标队列
    if (slowpath(dq->do_targetq->do_targetq)) {        return _dispatch_sync_f_recurse(dq, ctxt, func);
    }    //第四步:并行队列没有其他任务,调用并激活这个队列
    _dispatch_sync_f_invoke(dq, ctxt, func);
}

通过上面的注释,并行队列同步执行是顺序执行的。这种顺序执行和操作队列为并发队列没有关系。而是因为这些操作均为同步操作,所以每一个操作放入队列后都会被等待执行完成才会放入下一操作,造成了这种顺序执行的现象。

现在我们整理一下队列同步执行的流程,如下图:


queue_synchronize.png

6. 队列的异步

说完了同步我们现在看一下异步。我们使用dispatch_async进行队列的异步执行。

6.1 dispatch_async

dispatch_async的源码如下:

voiddispatch_async(dispatch_queue_t dq, void (^work)(void))
{
    dispatch_async_f(dq, _dispatch_Block_copy(work),
            _dispatch_call_block_and_release);
}

dispatch_async主要将block从栈copy到堆上,或者增加引用计数,保证block在执行之前不会被销毁,另外_dispatch_call_block_and_release用于销毁block。然后调用dispatch_async_f

6.2 dispatch_async_f

voiddispatch_async_f(dispatch_queue_t dq, void *ctxt, dispatch_function_t func){    dispatch_continuation_t dc;    // No fastpath/slowpath hint because we simply don't know
    //串行队列,执行dispatch_barrier_async_f,其实最后还是执行任务入队的操作
    if (dq->dq_width == 1) {        return dispatch_barrier_async_f(dq, ctxt, func);
    }    //从线程私有数据中获取一个dispatch_continuation_t的结构体
    dc = fastpath(_dispatch_continuation_alloc_cacheonly());    if (!dc) {        return _dispatch_async_f_slow(dq, ctxt, func);
    }

    dc->do_vtable = (void *)DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT;
    dc->dc_func = func;
    dc->dc_ctxt = ctxt;    // No fastpath/slowpath hint because we simply don't know
    //有目标队列,调用_dispatch_async_f2函数进行转发。
    if (dq->do_targetq) {        return _dispatch_async_f2(dq, dc);
    }    //全局队列直接进行入队操作
    _dispatch_queue_push(dq, dc);
}

从上面的源代码中我们可以看出dispatch_async_f大致分为三种情况:

  1. 如果是串行队列,调用dispatch_barrier_async_f

  2. 其他队列且有目标队列,调用_dispatch_async_f2

  3. 如果是全局队列的话,直接进行入队操作。

虽然上面分三种情况,但是归根到底,它们最后执行都是_dispatch_queue_push来进行入队的操作。

这里有一点需要注意下:就是dispatch_continuation_tdo_vtable的赋值情况。

//串行队列,barrierdc->do_vtable = (void *)(DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT | DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT);//not barrierdc->do_vtable = (void *)DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT;

libdispatch全部标识符有四种:

#define DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT      0x1     //异步#define DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT    0x2     //阻塞#define DISPATCH_OBJ_GROUP_BIT      0x4     //组#define DISPATCH_OBJ_SYNC_SLOW_BIT  0x8     //同步慢

从上面我们可以知道串行队列在异步执行的时候,通过DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT这个标识符实现阻塞等待的。

接着我们分析下dispatch_barrier_async_f_dispatch_async_f2这两个函数。

6.2.1 dispatch_barrier_async_f

dispatch_barrier_async_f的源码如下:

voiddispatch_barrier_async_f(dispatch_queue_t dq, void *ctxt,        dispatch_function_t func){    dispatch_continuation_t dc;    //从线程私有数据中获取一个dispatch_continuation_t的结构体,dispatch_continuation_t中封装了异步执行任务。
    dc = fastpath(_dispatch_continuation_alloc_cacheonly());    if (!dc) {        //return _dispatch_barrier_async_f_slow(dq, ctxt, func);
        //以下是_dispatch_barrier_async_f_slow的具体实现
        //如果没有则从堆上获取一个dispatch_continuation_t的结构体
        dispatch_continuation_t dc = _dispatch_continuation_alloc_from_heap();        
        //通过do_vtable区分类型
        dc->do_vtable = (void *)(DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT | DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT);        //将_dispatch_call_block_and_release作为func方法
        dc->dc_func = func;        //将传入的block作为上下文
        dc->dc_ctxt = ctxt;        //入队操作
        _dispatch_queue_push(dq, dc);
    }

    dc->do_vtable = (void *)(DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT | DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT);
    dc->dc_func = func;
    dc->dc_ctxt = ctxt;

    _dispatch_queue_push(dq, dc);
}

6.3 _dispatch_queue_push

_dispatch_queue_push是一个宏定义,它最后会变成执行_dispatch_queue_push_list函数。

#define _dispatch_queue_push(x, y) _dispatch_queue_push_list((x), (y), (y))#define _dispatch_queue_push_list _dispatch_trace_queue_push_liststatic inline void_dispatch_trace_queue_push_list(dispatch_queue_t dq, dispatch_object_t _head,        dispatch_object_t _tail)
{    if (slowpath(DISPATCH_QUEUE_PUSH_ENABLED())) {        struct dispatch_object_s *dou = _head._do;
        do {          //主要是对dispatch_continuation_s结构体的处理,确保后面的使用。
            _dispatch_trace_continuation(dq, dou, DISPATCH_QUEUE_PUSH);
        } while (dou != _tail._do && (dou = dou->do_next));
    }
    _dispatch_queue_push_list(dq, _head, _tail);
}static inline void_dispatch_queue_push_list(dispatch_queue_t dq, dispatch_object_t _head,        dispatch_object_t _tail)
{    struct dispatch_object_s *prev, *head = _head._do, *tail = _tail._do;

    tail->do_next = NULL;
    dispatch_atomic_store_barrier();    //dispatch_atomic_xchg2o实质是调用((typeof(*(p)))__sync_swap((p), (n))),它的定义是将p设为n并返回p操作之前的值。
    //dispatch_atomic_xchg2o(dq, dq_items_tail, tail)相当于dq->dq_items_tail = tail,重新设置了队列的尾指针
    prev = fastpath(dispatch_atomic_xchg2o(dq, dq_items_tail, tail));    if (prev) {        // if we crash here with a value less than 0x1000, then we are at a
        // known bug in client code for example, see _dispatch_queue_dispose
        // or _dispatch_atfork_child
        //prev是原先的队尾,如果队列中有其他的元素,就将压入的对象加在队列的尾部。
        prev->do_next = head;
    } else {       //如果队列为空
        _dispatch_queue_push_list_slow(dq, head);
    }
}

_dispatch_queue_push_list_slow

如果队列为空,调用_dispatch_queue_push_list_slow方法。

_dispatch_queue_push_list_slow(dispatch_queue_t dq,        struct dispatch_object_s *obj)
{    //dq->dq_items_head设置为dc,然后唤醒这个队列。因为此时队列为空,没有任务在执行,处于休眠状态,所以需要唤醒
    _dispatch_retain(dq);
    dq->dq_items_head = obj;
    _dispatch_wakeup(dq);
    _dispatch_release(dq);
}

6.4 _dispatch_wakeup

无论是同步还是异步中都调用了_dispatch_wakeup,这个函数的作用就是唤醒当前队列。

_dispatch_wakeup的源码:

dispatch_queue_t_dispatch_wakeup(dispatch_object_t dou)
{    dispatch_queue_t tq;    if (slowpath(DISPATCH_OBJECT_SUSPENDED(dou._do))) {        return NULL;
    }    //这里比较隐晦,这里其实是走全局队列的唤醒逻辑调用_dispatch_queue_wakeup_global,如果唤醒失败且对尾指针为空,返回NULL
    if (!dx_probe(dou._do) && !dou._dq->dq_items_tail) {        return NULL;
    }    // _dispatch_source_invoke() relies on this testing the whole suspend count
    // word, not just the lock bit. In other words, no point taking the lock
    // if the source is suspended or canceled.
    if (!dispatch_atomic_cmpxchg2o(dou._do, do_suspend_cnt, 0,
            DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK)) {#if DISPATCH_COCOA_COMPAT
        if (dou._dq == &_dispatch_main_q) {            //传入主队列,会进入到 _dispatch_queue_wakeup_main() 函数中
            _dispatch_queue_wakeup_main();
        }#endif
        return NULL;
    }
    _dispatch_retain(dou._do);    //有目标队列,继续向目标队列压入这个队列
    tq = dou._do->do_targetq;
    _dispatch_queue_push(tq, dou._do);    return tq;  // libdispatch does not need this, but the Instrument DTrace
                // probe does}

从上面的代码可以看出_dispatch_wakeup分为三种情况:
1.主队列调用_dispatch_queue_wakeup_main()
2.全局队列调用_dispatch_queue_wakeup_global
3.其他队列像目标队列压入这个队列,继续做入队操作。

6.4.1 _dispatch_queue_wakeup_main

void_dispatch_queue_wakeup_main(void)
{    kern_return_t kr;

    dispatch_once_f(&_dispatch_main_q_port_pred, NULL,
            _dispatch_main_q_port_init);    //唤醒主线程,这里已经点不进去了,关于主线的唤醒主要靠mach_port和在runloop中注册相对应的source1
    kr = _dispatch_send_wakeup_main_thread(main_q_port, 0);    switch (kr) {    case MACH_SEND_TIMEOUT:    case MACH_SEND_TIMED_OUT:    case MACH_SEND_INVALID_DEST:        break;    default:
        (void)dispatch_assume_zero(kr);        break;
    }

    _dispatch_safe_fork = false;
}

6.4.2 _dispatch_queue_wakeup_global

上面提到dx_probe(dou._do)这里走的是全局队列的唤醒。前面提到全局队列的do_vtable

static const struct dispatch_queue_vtable_s _dispatch_queue_root_vtable = {
    .do_type = DISPATCH_QUEUE_GLOBAL_TYPE,
    .do_kind = "global-queue",
    .do_debug = dispatch_queue_debug,
    .do_probe = _dispatch_queue_wakeup_global,
};

_dispatch_queue_wakeup_global的源码:

static bool_dispatch_queue_wakeup_global(dispatch_queue_t dq)
{    static dispatch_once_t pred;    struct dispatch_root_queue_context_s *qc = dq->do_ctxt;
    int r;    if (!dq->dq_items_tail) {        return false;
    }

    _dispatch_safe_fork = false;

    dispatch_debug_queue(dq, __PRETTY_FUNCTION__);

    dispatch_once_f(&pred, NULL, _dispatch_root_queues_init);#if HAVE_PTHREAD_WORKQUEUES#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
    //队列上下文的dgq_kworkqueue存在,则调用pthread_workqueue_additem_np函数,该函数使用workq_kernreturn系统调用,通知workqueue增加应当执行的项目。根据该通知,XNU内核基于系统状态判断是否要生成线程,如果是overcommit优先级的队列,workqueue则始终生成线程,之后线程执行_dispatch_worker_thread2函数。
    //工作队列,是一个用于创建内核线程的接口,通过它创建的内核线程来执行内核其他模块排列到队列里的工作。不同优先级的dispatch queue对应着对应优先级的workqueue。GCD初始化的时候,使用pthread_workqueue_create_np创建pthread_workqueue
    if (qc->dgq_kworkqueue)#endif
    {        if (dispatch_atomic_cmpxchg2o(qc, dgq_pending, 0, 1)) {            pthread_workitem_handle_t wh;            unsigned int gen_cnt;
            _dispatch_debug("requesting new worker thread");

            r = pthread_workqueue_additem_np(qc->dgq_kworkqueue,
                    _dispatch_worker_thread2, dq, &wh, &gen_cnt);
            (void)dispatch_assume_zero(r);
        } else {
            _dispatch_debug("work thread request still pending on global "
                    "queue: %p", dq);
        }        goto out;
    }#endif // HAVE_PTHREAD_WORKQUEUES#if DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOL
    //通过发送一个信号量使线程保活
    if (dispatch_semaphore_signal(qc->dgq_thread_mediator)) {        goto out;
    }    pthread_t pthr;    int t_count;    do {
        t_count = qc->dgq_thread_pool_size;        if (!t_count) {
            _dispatch_debug("The thread pool is full: %p", dq);            goto out;
        }
    } while (!dispatch_atomic_cmpxchg2o(qc, dgq_thread_pool_size, t_count,
            t_count - 1));//如果线程池可用则减1

    //这里说明线程池不够用了,使用pthread创建一个线程,并执行_dispatch_worker_thread,_dispatch_worker_thread最终会调用到_dispatch_worker_thread2
    while ((r = pthread_create(&pthr, NULL, _dispatch_worker_thread, dq))) {        if (r != EAGAIN) {
            (void)dispatch_assume_zero(r);
        }
        sleep(1);
    }    
    //保证pthr能被自动回收掉
    r = pthread_detach(pthr);
    (void)dispatch_assume_zero(r);#endif // DISPATCH_ENABLE_THREAD_POOLout:    return false;
}

6.4.3 _dispatch_worker_thread2

_dispatch_worker_thread2的代码如下:

_dispatch_worker_thread2(void *context)
{    struct dispatch_object_s *item;
    dispatch_queue_t dq = context;    struct dispatch_root_queue_context_s *qc = dq->do_ctxt;


    if (_dispatch_thread_getspecific(dispatch_queue_key)) {
        DISPATCH_CRASH("Premature thread recycling");
    }    //把dq设置为刚启动的这个线程的TSD
    _dispatch_thread_setspecific(dispatch_queue_key, dq);
    qc->dgq_pending = 0;#if DISPATCH_COCOA_COMPAT
    (void)dispatch_atomic_inc(&_dispatch_worker_threads);    // ensure that high-level memory management techniques do not leak/crash
    if (dispatch_begin_thread_4GC) {
        dispatch_begin_thread_4GC();
    }    void *pool = _dispatch_begin_NSAutoReleasePool();#endif#if DISPATCH_PERF_MON
    uint64_t start = _dispatch_absolute_time();#endif
    //_dispatch_queue_concurrent_drain_one用来取出队列的一个内容
    while ((item = fastpath(_dispatch_queue_concurrent_drain_one(dq)))) {        // 用来对取出的内容进行处理(如果是任务,则执行任务)
        _dispatch_continuation_pop(item);
    }#if DISPATCH_PERF_MON
    _dispatch_queue_merge_stats(start);#endif#if DISPATCH_COCOA_COMPAT
    _dispatch_end_NSAutoReleasePool(pool);
    dispatch_end_thread_4GC();    if (!dispatch_atomic_dec(&_dispatch_worker_threads) &&
            dispatch_no_worker_threads_4GC) {
        dispatch_no_worker_threads_4GC();
    }#endif

    _dispatch_thread_setspecific(dispatch_queue_key, NULL);

    _dispatch_force_cache_cleanup();

}

这里有两个比较重要的方法:
1._dispatch_queue_concurrent_drain_one这个方法用来取出队列中中的一个内容。
2._dispatch_continuation_pop这个方法用来处理取出的内容

_dispatch_queue_concurrent_drain_one

struct dispatch_object_s *
_dispatch_queue_concurrent_drain_one(dispatch_queue_t dq)
{
    struct dispatch_object_s *head, *next, *const mediator = (void *)~0ul;    // The mediator value acts both as a "lock" and a signal
    head = dispatch_atomic_xchg(&dq->dq_items_head, mediator);    if (slowpath(head == NULL)) {        //队列是空的
        dispatch_atomic_cmpxchg(&dq->dq_items_head, mediator, NULL);
        _dispatch_debug("no work on global work queue");        return NULL;
    }    
    if (slowpath(head == mediator)) {        // 该线程在现线程竞争中失去了对队列的拥有权,这意味着libdispatch的效率很糟糕,
        // 这种情况意味着在线程池中有太多的线程,这个时候应该创建一个pengding线程,
        // 然后退出该线程,内核会在负载减弱的时候创建一个新的线程
        _dispatch_queue_wakeup_global(dq);        return NULL;
    }    // 在返回之前将head指针的do_next保存下来,如果next为NULL,这意味着item是最后一个
    next = fastpath(head->do_next);    if (slowpath(!next)) {
        dq->dq_items_head = NULL;        
        if (dispatch_atomic_cmpxchg(&dq->dq_items_tail, head, NULL)) {            // head 和 tail头尾指针均为空
            goto out;
        }        // 此时一定有item,该线程不会等待太久.
        while (!(next = head->do_next)) {
            _dispatch_hardware_pause();
        }
    }        // 继续调度
    dq->dq_items_head = next;
    _dispatch_queue_wakeup_global(dq);
out:    // 返回队列的头指针
    return head;
}

_dispatch_continuation_pop

static inline void_dispatch_continuation_pop(dispatch_object_t dou)
{    dispatch_continuation_t dc = dou._dc;    dispatch_group_t dg;

    _dispatch_trace_continuation_pop(_dispatch_queue_get_current(), dou);    //检测是不是队列,如果是,就进入_dispatch_queue_invoke 处理队列
    if (DISPATCH_OBJ_IS_VTABLE(dou._do)) {        return _dispatch_queue_invoke(dou._dq);
    }    // Add the item back to the cache before calling the function. This
    // allows the 'hot' continuation to be used for a quick callback.
    //
    // The ccache version is per-thread.
    // Therefore, the object has not been reused yet.
    // This generates better assembly.
    if ((long)dc->do_vtable & DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT) {
        _dispatch_continuation_free(dc);
    }    //判断是否是group
    if ((long)dc->do_vtable & DISPATCH_OBJ_GROUP_BIT) {
        dg = dc->dc_group;
    } else {
        dg = NULL;
    }    //是任务封装的 dispatch_continuation_t 结构体,直接执行任务。
    //到这里我们知道了队列执行的时候,block被调用的时机
    _dispatch_client_callout(dc->dc_ctxt, dc->dc_func);    if (dg) {        //group需要进行调用dispatch_group_leave并释放信号
        dispatch_group_leave(dg);
        _dispatch_release(dg);
    }
}

从上面的函数中可以发现,压入队列的不仅是任务,还有可能是队列。如果是队列,直接执行了_dispatch_queue_invoke,否则执行dc->dc_func(dc->dc_ctxt)

_dispatch_queue_invoke

void
_dispatch_queue_invoke(dispatch_queue_t dq)
{    if (!slowpath(DISPATCH_OBJECT_SUSPENDED(dq)) &&
            fastpath(dispatch_atomic_cmpxchg2o(dq, dq_running, 0, 1))) {
        dispatch_atomic_acquire_barrier();
        dispatch_queue_t otq = dq->do_targetq, tq = NULL;
        _dispatch_queue_drain(dq);        if (dq->do_vtable->do_invoke) {            // Assume that object invoke checks it is executing on correct queue
            tq = dx_invoke(dq);
        } else if (slowpath(otq != dq->do_targetq)) {            // An item on the queue changed the target queue
            tq = dq->do_targetq;
        }        // We do not need to check the result.
        // When the suspend-count lock is dropped, then the check will happen.
        dispatch_atomic_release_barrier();        //dq_running减1,因为任务要么被直接执行了,要么被压到target队列了
        (void)dispatch_atomic_dec2o(dq, dq_running);        if (tq) {            return _dispatch_queue_push(tq, dq);
        }
    }

    dq->do_next = DISPATCH_OBJECT_LISTLESS;    if (!dispatch_atomic_sub2o(dq, do_suspend_cnt,
            DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK)) {        //队列处于空闲状态,需要唤醒
        if (dq->dq_running == 0) {
            _dispatch_wakeup(dq); // verify that the queue is idle
        }
    }    //释放队列
    _dispatch_release(dq); // added when the queue is put on the list}



现在我们整理一下队列异步执行的流程,如下图:

dispatch_async.png

7.总结

1.dispatch_sync函数一般都在当前线程执行,利用与线程绑定的信号量来实现串行。

2.dispatch_async函数并不是将block直接添加到队列上,而是先构成一个dispatch_continuation构造体,构造体包含了这个block还有一些上下文信息。队列会将这些任务添加队列的链表中,之后会唤醒队列,根据vtable中的函数指针,调用_dispatch_wakeup方法。在_dispatch_wakeup方法中,从线程池里取出工作线程(如果没有就新建),然后在工作线程中取出对应block并执行。

3.dispatch_async分发到主队列的任务由Runloop处理,而分发到其他队列的任务由线程池处理。

4.GCD死锁是队列导致的而不是线程导致,原因是_dispatch_barrier_sync_f_slow函数中使用了线程对应的信号量并且调用wait方法,从而导致线程死锁。

             




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