iOS里的进程跟线程

一些线程死锁问题

Posted by 齐滇大圣 on April 18, 2016

1.进程

1.1.多核多任务介绍

iphone4s(A5)开始使用的就是双核处理器了。

单核系统时代计算机经历了从分时系统到多任务系统来实现并发。但是因为单核单CPU情况系统最多只能实现并发而不能实现并行。并发是多动作同时存在,并行是多动作同时执行。

多核CPU出来之后,并发并行都已经没问题了。各种语言也开始支持并行运算,在Objective-C中就是GCD。

在iOS中可以把一个进程理解为一个进程。iOS4之后是支持多任务的。基本上的应用我们没有杀死的时候,看起来好像是运行在后台,其实只是被挂起,你所看到的后台应用可以理解为只是一个浏览记录,在后台的时候是不会占用你的资源或者消耗你的电量的。

所有程序进入后台后都还有5 秒的执行缓冲时间,有些程序可以要求延长到10 分钟。超过10分钟就会被系统中止。但是有些应用是需要执行一直的后台任务的,如:

audio:在后台提供声音播放功能,包括音频流和播放视频时的声音 location:在后台可以保持用户的位置信息 voip:在后台使用VOIP功能

这些在程序里设置一下就可以一直在后台执行直到结束。

苹果这样做是为了节省电力和安全考虑,相比于安卓一堆应用在后台执行,一天到晚杀死进程真实烦也烦死了。

1.2.进程间通信

iOS里进程间通信其实就是APP之间的通信。iOS7之前有CFMessagePort的通信机制,但是iOS7之后就被禁止了,应该是为了安全考虑。

所以在iOS7之后iOS系统多任务机制,使得进程间通信基本都只能用于越狱开发。

2.线程

2.1.介绍

维基百科: >线程(英语:thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。

2.2.iOS中的GCD

2.2.1.介绍

它是苹果为多核的并行运算提出的解决方案,所以会自动合理地利用更多的CPU内核(比如双核、四核),最重要的是它会自动管理线程的生命周期(创建线程、调度任务、销毁线程),完全不需要我们管理,我们只需要告诉它干什么就行。

任务和队列

在 GCD 中,加入了两个非常重要的概念: 任务 和 队列。

任务:即操作,你想要干什么,说白了就是一段代码,在 GCD 中就是一个 Block,所以添加任务十分方便。任务有两种执行方式: 同步执行 和 异步执行。

同步(sync) 和 异步(async) 的主要区别在于会不会阻塞当前线程,直到 Block 中的任务执行完毕!

如果是 同步(sync) 操作,它会阻塞当前线程并等待 Block 中的任务执行完毕,然后当前线程才会继续往下运行。

如果是 异步(async)操作,当前线程会直接往下执行,它不会阻塞当前线程。一般会开其他线程来运行任务。


队列:用于存放任务。一共有两种队列, 串行队列 和 并行队列。

放到串行队列的任务,GCD 会 FIFO(先进先出) 地取出来一个,执行一个,然后取下一个,这样一个一个的执行。

并行队列中的任务根据同步或异步有不同的执行方式。

放到并行队列的任务,GCD 也会 FIFO的取出来,但不同的是,它取出来一个就会放到别的线程,然后再取出来一个又放到另一个的线程。这样由于取的动作很快,忽略不计,看起来,所有的任务都是一起执行的。不过需要注意,GCD 会根据系统资源控制并行的数量,所以如果任务很多,它并不会让所有任务同时执行。

同步方式 全局并发队列 手动创建的串行队列 主队列
同步(sync) 没有开启新的线程;串行执行任务 没有开启新的线程;串行执行任务 没有开启新的线程;串行执行任务
异步(async) 有开启新的线程;并行执行任务 有开启新的线程;串行执行任务 没有开启新的线程;串行执行任务

2.2.2.串行队列

主队列:这是一个特殊的串行队列。主队列用于刷新 UI,任何需要刷新 UI 的工作都要在主队列执行,而主队列里的任务都是在主线程执行的。所以这个串行队列比较特殊,它不管当前在什么线程,同步还是异步,主队列里的任务都会回到主线程执行。dispatch_get_main_queue()

如果是自己创建的串行队列同步时会在当前线程(一般会在主线程),异步时会在其他线程中执行。 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.demo.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

问题: 第一种:以下代码会造成死锁:

NSLog(@"任务1 %@",[NSThread currentThread]);
dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"任务2  %@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"任务3 %@",[NSThread currentThread]);

输出:
任务1 - <NSThread: 0x7fbac2c00bb0>{number = 1, name = main}

第二种:而以下代码为什么不会:

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"任务1 %@",[NSThread currentThread]);
dispatch_sync(queue, ^{
    NSLog(@"任务2  %@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"任务3 %@",[NSThread currentThread]);

输出:
任务1 - <NSThread: 0x7fbac2c00bb0>{number = 1, name = main}
任务2 - <NSThread: 0x7fbac2c00bb0>{number = 1, name = main}
任务3 - <NSThread: 0x7fbac2c00bb0>{number = 1, name = main}

这两个都是串行队列。

我的理解是第一种的方法都是加在主队列中的,然后又用了同步。队列的顺序是【任务1->任务3->任务2】,而因为用了同步,任务2阻塞了当前的线程,当前线程要等任务2执行完才能执行任务3。所以这里造成了死锁。

而第二种是任务1和任务3都是在主队列上面,而任务2是在自己创建的队列上面,所以任务2不用等任务3先执行,也就不会造成死锁。同一个线程里可以有多个任务队列。

验证:

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"任务1 - %@", [NSThread currentThread]);
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"任务2 - %@",[NSThread currentThread]);
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"任务3 - %@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"任务4 - %@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"任务5 - %@", [NSThread currentThread]);

输出:
任务1 - <NSThread: 0x7fbac2c00bb0>{number = 1, name = main}
任务5 - <NSThread: 0x7fbac2c00bb0>{number = 1, name = main}
任务2 - <NSThread: 0x7fbac2e0dff0>{number = 2, name = (null)}

任务2,任务3,任务4都是在自己创建的队列里,队列的顺序是【任务2->任务4->任务3】,而执行都是在另外一个GCD分配的异步线程里,任务3是同步任务会阻塞当前线程,所以任务4要等任务3执行完才能执行,所以会造成死锁。

如果将任务3放入主队列中,那就会正常输出了。而且任务3又回到了主线程执行。

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSLog(@"任务1 - %@", [NSThread currentThread]);
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"任务2 - %@",[NSThread currentThread]);
    dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"任务3 - %@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"任务4 - %@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"任务5 - %@", [NSThread currentThread]);

输出:
任务1 - <NSThread: 0x7fb119e04fb0>{number = 1, name = main}
任务5 - <NSThread: 0x7fb119e04fb0>{number = 1, name = main}
任务2 - <NSThread: 0x7fb119e85fe0>{number = 2, name = (null)}
任务3 - <NSThread: 0x7fb119e04fb0>{number = 1, name = main}
任务4 - <NSThread: 0x7fb119e85fe0>{number = 2, name = (null)}

2.2.3.并行队列

全局并行队列:这应该是唯一一个并行队列,只要是并行任务一般都加入到这个队列。dispatch_get_global_queue()

自己创建的 dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.demo.concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
NSLog(@"任务1 - %@", [NSThread currentThread]);
dispatch_async(queue, ^{
    NSLog(@"任务2 - %@",[NSThread currentThread]);
    dispatch_sync(queue, ^{
        NSLog(@"任务3 - %@", [NSThread currentThread]);
    });
    NSLog(@"任务4 - %@",[NSThread currentThread]);
});
NSLog(@"任务5 - %@", [NSThread currentThread]);

输出:
任务1 - <NSThread: 0x7fa9a9703820>{number = 1, name = main}
任务5 - <NSThread: 0x7fa9a9703820>{number = 1, name = main}
任务2 - <NSThread: 0x7fa9a971a1d0>{number = 2, name = (null)}
任务3 - <NSThread: 0x7fa9a971a1d0>{number = 2, name = (null)}
任务4 - <NSThread: 0x7fa9a971a1d0>{number = 2, name = (null)}

这个例子如果是串行队列里就会有造成死锁。而在这个全局并行队列里就不会,因为并行队列里的任务是同时执行的不用等待其他任务执行完才执行。

2.3.dispatch_sync死锁问题研究

当程序进入死锁状态的时候我们点击调试进入调试状态。能看到左边debug navigator里看堆栈回溯信息。看到如下图所示状态。

这里程序执行了_dispatch_barrier_sync_f_slow函数体,在_dispatch_barrier_sync_f_slow中,使用_dispatch_queue_push将我们的block压入main queue的FIFO队列中,然后等待信号量,ready后被唤醒。

然后dispatch_semaphore_wait返回_dispatch_semaphore_wait_slow(dsema, timeout)函数,持续轮训并等待,直到条件满足。

所以在此过程中,我们最初调用的dispatch_sync函数一直得不到返回,main queue被阻塞,而我们的block又需要等待main queue来执行它。死锁愉快的产生了。

DSCrashDemo里有写关于死锁的例子。

参考文章

进程与线程的一个简单解释
iOS后台运行机制详解
iOS进程间通信之CFMessagePort
关于iOS多线程,你看我就够了

GCD死锁
iOS多线程中,队列和执行的排列组合结果分析
dispatch_sync死锁问题研究