一、GCD Timer的创建和安放
尽管GCD Timer并不依赖于NSRunLoop,可是有没有可能在某种情况下,GCD Timer也失效了?就好比一開始我们也不知道NSTimer相应着一个runloop的某种mode。
先来看看GCD Timer的用法:
dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, aQueue);
dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, ti * NSEC_PER_SEC, ti * 0.1 * NSEC_PER_SEC);
dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
//...
});
dispatch_resume(timer);
考虑到NSTimer作为timerSource被放到一个runloop的某种mode所相应的集合中,那么我们自然而然会联想GCD Timer作为dispatch_source_t被放到哪里呢?
參考libdispatch的源代码,dispatch_source_create
这个API为一个dispatch_source_t
类型的结构体ds做了分配内存和初始化操作。然后将其返回。
摘取当中代码片段来看:
ds = _dispatch_alloc(DISPATCH_VTABLE(source),
sizeof(struct dispatch_source_s));
// Initialize as a queue first, then override some settings below.
_dispatch_queue_init((dispatch_queue_t)ds);
ds->dq_label = "source";
ds->do_ref_cnt++; // the reference the manager queue holds
ds->do_ref_cnt++; // since source is created suspended
ds->do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_INTERVAL;
// The initial target queue is the manager queue, in order to get
// the source installed. <rdar://problem/8928171>
ds->do_targetq = &_dispatch_mgr_q;
从以上代码片段中能够得到几个信息:
- 在命名方面,
dispatch_source_t
变量命名为ds,从而能够判断dq_label成员应该是属于dispatch_queue_t
的,而do_ref_cnt应该相应着dispatch_object_t
这么一个类型,ref_cnt引用计数则显然是用来管理“对象”的生命周期; - 考虑到出现了
dispatch_object_t
这么一个类型,我们能够自然而然地猜想dispatch_系列的结构体应该都“继承自”dispatch_object_t。尽管C语言中没有面向对象编程中的继承这个概念,但仅仅要将dispatch_object_t结构体放在内存布局的開始处(作为“基类”)。则实现了继承的概念。另外一个样例是Python的C实现,详细能够參考Python源代码剖析一书; - 从最后三行的凝视来看,默认初始化do_targetq为
_dispatch_mgr_q
。这是为了保证source被安装,所以能够初步得到一个dispatch_source_t
的安放信息。须要注意的是_dispatch_mgr_q
在GCD中是个非常重要的角色,从命名也能够看出基本是作为单例管理队列来进行调度分发的; - 进一步证明了即便
dispatch_source_create
这个API不传入queue參数。timer也能够有效工作,由于这个參数仅仅是用来表明回调在哪里运行,假设没有传入,回调则交于root queue来分发;当然,假设有传入queue參数,则会将该參数作为targetq。
二、libdispatch的基本结构关系
上面提到了“基类”的概念,这里先看下“基类”的布局:
#define DISPATCH_STRUCT_HEADER(x) \
_OS_OBJECT_HEADER( const struct dispatch_##x##_vtable_s *do_vtable, \
do_ref_cnt, do_xref_cnt); struct dispatch_##x##_s *volatile do_next; \
struct dispatch_queue_s *do_targetq; void *do_ctxt; void *do_finalizer; unsigned int volatile do_suspend_cnt;
struct dispatch_object_s {
DISPATCH_STRUCT_HEADER(object);
};
从命名上来看,dispatch_系列的结构体都应该有这么一个Header部分。
也就是说在libdispatch中,非常多结构体都继承自上述基类:
struct dispatch_queue_s {
DISPATCH_STRUCT_HEADER(queue);
DISPATCH_QUEUE_HEADER;
//...省略部分代码
};
struct dispatch_semaphore_s {
DISPATCH_STRUCT_HEADER(semaphore);
//...省略部分代码
}
struct dispatch_source_s {
DISPATCH_STRUCT_HEADER(source);
//...省略部分代码
};
//...省略其他继承演示样例
三、再看dispatch_source_t
当中,dispatch_source_t
作为我们眼下的重点讨论对象,做一下延伸:
struct dispatch_source_s {
DISPATCH_STRUCT_HEADER(source);
DISPATCH_QUEUE_HEADER;
DISPATCH_SOURCE_HEADER(source);
unsigned long ds_ident_hack;
unsigned long ds_data;
unsigned long ds_pending_data;
};
除了开头的DISPATCH_STRUCT_HEADER
,紧接着的是DISPATCH_QUEUE_HEADER
,接下来才是DISPATCH_SOURCE_HEADER
。
也就是说,除了基类信息,一个dispatch_source_t还包括着queue的信息。而在DISPATCH_SOURCE_HEADER
中,第一个成员例如以下:
#define DISPATCH_SOURCE_HEADER(refs) \
dispatch_kevent_t ds_dkev; //...省略部分代码
struct dispatch_kevent_s {
TAILQ_ENTRY(dispatch_kevent_s) dk_list;
TAILQ_HEAD(, dispatch_source_refs_s) dk_sources;
struct kevent64_s dk_kevent;
};
typedef struct dispatch_kevent_s *dispatch_kevent_t;
这个成员在dispatch_source_create
方法中也会被初始化,以备用来兴许事件监听。
四、Timer类型dispatch_source_t的处理
以上讨论的基本是通用的dispatch_source_t
相关处理。接下来讨论一个GCD Timer的真正处理流程,主要是dispatch_source_set_timer
这个API:
void
dispatch_source_set_timer(dispatch_source_t source,
dispatch_time_t start,
uint64_t interval,
uint64_t leeway);
在这种方法中,会将定时器的相关信息封装在一个dispatch_set_timer_params
结构体中作为上下文參数params,交由_dispatch_mgr_q来异步调用_dispatch_source_set_timer2
方法:
// 不同版本号不一样。这里取了比較easy理解的版本号做演示样例
dispatch_barrier_async_f(&_dispatch_mgr_q, params, _dispatch_source_set_timer2);
这种方法也是作为GCD API暴露给开发人员的,在这种方法中做了进一步封装:
// ...省略部分代码
dispatch_continuation_t dc = fastpath(_dispatch_continuation_alloc_cacheonly());
dc->do_vtable = (void *)(DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT | DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT);
dc->dc_func = func;
dc->dc_ctxt = context;
_dispatch_queue_push(dq, dc);
这里将相关參数信息以及接下来要调用的方法名封装作为一个dispatch_continuation_t
结构体。能够理解为一个队列任务块,然后push到队列中——这里的队列是_dispatch_mgr_q
。
到这里我们能够更清晰地了解到GCD内部是怎样对我们调用的API进行封装、进队,然后进一步分发运行。
五、熟悉又陌生的com.apple.libdispatch-manager
作为iOS开发,我们对com.apple.libdispatch-manager
这个字符串应该非常熟悉,比方在crash日志中看过,也会在断点调试时遇到——它基本都是紧随在主线程之后。
这个字符串所相应的队列就是上文提到的_dispatch_mgr_q
:
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_invoke,
.do_debug = dispatch_queue_debug,
.do_probe = _dispatch_mgr_wakeup,
};
// 6618342 Contact the team that owns the Instrument DTrace probe before renaming this symbol
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_COUNT - 1],
.dq_label = "com.apple.libdispatch-manager",
.dq_width = 1,
.dq_serialnum = 2,
};
我们发现,就连_dispatch_mgr_q
都有它相应的do_targetq
,从命名上来看,能够初步判断_dispatch_mgr_q
要做的事情终于都会丢到它的targetq上来完毕。
实际上,在libdispatch中,仅仅要有targetq,都会一层一层地往上扔。直到尽头。那么尽头在哪里呢?这里引用Concurrent Programming: APIs and Challenges里的一张图:
尽头在GCD的线程池。
六、GCD的尽头:root queue和线程池
回过头来看_dispatch_mgr_q
的do_targetq
,是_dispatch_root_queues
中的最后一个元素。而root queue数组中按优先级升序排列:
// 老版本号libdispatch的代码,新版本号不同
static struct dispatch_queue_s _dispatch_root_queues[] = {
{
.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[0],
.dq_label = "com.apple.root.low-priority",
.dq_running = 2,
.dq_width = UINT32_MAX,
.dq_serialnum = 4,
},
{
// ... 省略部分代码
.dq_label = "com.apple.root.low-overcommit-priority",
},
{
// ... 省略部分代码
.dq_label = "com.apple.root.default-priority",
},
{
// ... 省略部分代码
.dq_label = "com.apple.root.default-overcommit-priority",
},
{
// ... 省略部分代码
.dq_label = "com.apple.root.high-priority",
},
{
// ... 省略部分代码
.dq_label = "com.apple.root.high-overcommit-priority",
},
};
能够看到,在老版本号的libdispatch中,_dispatch_mgr_q
是取最高优先级的root queue来作为do_targetq
的。而在新版本号中,则是有专门为其服务的root queue:
static struct dispatch_queue_s _dispatch_mgr_root_queue = {
.do_vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_root),
.do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
.do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
.do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
.do_ctxt = &_dispatch_mgr_root_queue_context,
.dq_label = "com.apple.root.libdispatch-manager",
.dq_running = 2,
.dq_width = DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX,
.dq_serialnum = 3,
};
static struct dispatch_queue_s _dispatch_mgr_root_queue = {
.do_vtable = DISPATCH_VTABLE(queue_root),
.do_ref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
.do_xref_cnt = DISPATCH_OBJECT_GLOBAL_REFCNT,
.do_suspend_cnt = DISPATCH_OBJECT_SUSPEND_LOCK,
.do_ctxt = &_dispatch_mgr_root_queue_context,
.dq_label = "com.apple.root.libdispatch-manager",
.dq_running = 2,
.dq_width = DISPATCH_QUEUE_WIDTH_MAX,
.dq_serialnum = 3,
};
只是不管是老版本号还是新版本号。_dispatch_mgr_q
的do_targetq
——最好还是称作_dispatch_mgr_root_queue
——的VTABLE中,终于指向的方法都是_dispatch_queue_wakeup_global
:
// 老版本号
.do_probe = _dispatch_queue_wakeup_global,
// 新版本号
unsigned long
_dispatch_root_queue_probe(dispatch_queue_t dq)
{
_dispatch_queue_wakeup_global(dq);
return false;
}
也就是说,当任务一层一层终于丢到root queue上,触发的是_dispatch_queue_wakeup_global
这种方法。在这种方法中。则是线程池的相关维护,比方调用pthread_create
创建线程来运行_dispatch_worker_thread
方法。
到眼下为止,我们跳过了一些过程讨论到了GCD的线程池,接下来我们会先回过头来看怎样一步步走到线程的创建和运行的,再讨论线程创建后要运行些什么。
七、从任务安排到分发
我们在第四部分讨论到了_dispatch_queue_push(dq, dc);
,将定时器相关信息以及下一步要调用的方法封装成dispatch_continuation_t
结构放到队列_dispatch_mgr_q
中。
那么,_dispatch_mgr_q
是做什么的呢?能够先简单直接地看看它通常在做什么:
能够看到,它通常都是没事干等事来。先来看看它怎么处于等事干的状态,也就是它怎么被创建出来并初始化完毕的。
我们从上图调用栈能够看到线程入口是_dispatch_mgr_thread
,它是作为_dispatch_mgr_q
的.do_invoke的:
DISPATCH_VTABLE_SUBCLASS_INSTANCE(queue_mgr, queue,
.do_type = DISPATCH_QUEUE_MGR_TYPE,
.do_kind = "mgr-queue",
.do_invoke = _dispatch_mgr_thread,
.do_probe = _dispatch_mgr_queue_probe,
.do_debug = dispatch_queue_debug,
);
什么时候会触发.do_invoke调用呢?在整个libdispatch中,仅仅有在元素出队的时候才会触发:
static inline void
_dispatch_continuation_pop(dispatch_object_t dou)
{
dispatch_continuation_t dc = dou._dc, dc1;
dispatch_group_t dg;
_dispatch_trace_continuation_pop(_dispatch_queue_get_current(), dou);
if (DISPATCH_OBJ_IS_VTABLE(dou._do)) {
return dx_invoke(dou._do);
}
那就是说_dispatch_mgr_q
从root queue出队时会进入等事干的状态,那么它是什么时候进队的?当我们要push任务块进入队列时。会唤醒该队列并调用其.do_probe
成员,而_dispatch_mgr_q
相应的.do_probe
是_dispatch_mgr_wakeup
:
unsigned long
_dispatch_mgr_wakeup(dispatch_queue_t dq DISPATCH_UNUSED)
{
if (_dispatch_queue_get_current() == &_dispatch_mgr_q) {
return false;
}
static const struct kevent64_s kev = {
.ident = 1,
.filter = EVFILT_USER,
.fflags = NOTE_TRIGGER,
};
#if DISPATCH_DEBUG && DISPATCH_MGR_QUEUE_DEBUG
_dispatch_debug("waking up the dispatch manager queue: %p", dq);
#endif
_dispatch_kq_update(&kev);
return false;
}
在_dispatch_kq_update
里面会做一次性的初始化:dispatch_once_f(&pred, NULL, _dispatch_kq_init);
,当中有运行到:
_dispatch_queue_push(_dispatch_mgr_q.do_targetq, &_dispatch_mgr_q);
也就是将_dispatch_mgr_q
进队并wakeup它的targetq。由于它的targetq是root queue。所以就会调用到_dispatch_queue_wakeup_global
,就到了我们在第六部分讲的GCD尽头,创建或从线程池中获取一个线程来运行_dispatch_worker_thread
:
static void *
_dispatch_worker_thread(void *context)
{
dispatch_queue_t dq = context;
// ... 省略部分代码
const int64_t timeout = 5ull * NSEC_PER_SEC;
do {
_dispatch_root_queue_drain(dq);
} while (dispatch_semaphore_wait(&pqc->dpq_thread_mediator,
dispatch_time(0, timeout)) == 0);
// ... 省略部分代码
return NULL;
}
在drain一个queue的过程,就是尽可能地将队列里面的任务块一个个出队,出队时就会触发出队元素的.do_invoke
,相应于_dispatch_mgr_q
就是_dispatch_mgr_thread
:
void
_dispatch_mgr_thread(dispatch_queue_t dq DISPATCH_UNUSED)
{
_dispatch_mgr_init();
// never returns, so burn bridges behind us & clear stack 2k ahead
_dispatch_clear_stack(2048);
_dispatch_mgr_invoke();
}
static void
_dispatch_mgr_invoke(void)
{
static const struct timespec timeout_immediately = { 0, 0 };
struct kevent64_s kev;
bool poll;
int r;
for (;;) {
_dispatch_mgr_queue_drain();
poll = _dispatch_mgr_timers();
if (slowpath(_dispatch_select_workaround)) {
poll = _dispatch_mgr_select(poll);
if (!poll) continue;
}
poll = poll || _dispatch_queue_class_probe(&_dispatch_mgr_q);
r = kevent64(_dispatch_kq, _dispatch_kevent_enable,
_dispatch_kevent_enable ? 1 : 0, &kev, 1, 0,
poll ? &timeout_immediately : NULL);
_dispatch_kevent_enable = NULL;
if (slowpath(r == -1)) {
int err = errno;
switch (err) {
case EINTR:
break;
case EBADF:
DISPATCH_CLIENT_CRASH("Do not close random Unix descriptors");
break;
default:
(void)dispatch_assume_zero(err);
break;
}
} else if (r) {
_dispatch_kevent_drain(&kev);
}
}
}
一旦进入_dispatch_mgr_invoke
。这个线程就进入了等事干的状态。
八、GCD Timer到期时的任务分发
上面讲了_dispatch_mgr_q
的初始化和工作过程。如今回过头来继续看GCD Timer的处理过程。
和第七部分开头一样:我们在第四部分讨论到了_dispatch_queue_push(dq, dc);
,将定时器相关信息以及下一步要调用的方法封装成dispatch_continuation_t
结构放到队列_dispatch_mgr_q
中。
这时候我们push了任务块进入_dispatch_mgr_q
,就会wakeup to drain,将任务块pop出来:
static inline void
_dispatch_continuation_pop(dispatch_object_t dou)
{
dispatch_continuation_t dc = dou._dc, dc1;
dispatch_group_t dg;
_dispatch_trace_continuation_pop(_dispatch_queue_get_current(), dou);
if (DISPATCH_OBJ_IS_VTABLE(dou._do)) {
return dx_invoke(dou._do);
}
// ... 省略部分代码
_dispatch_client_callout(dc->dc_ctxt, dc->dc_func);
// ... 省略部分代码
}
回头看下我们之前进队时封装的信息:
dispatch_continuation_t dc = _dispatch_continuation_alloc_from_heap();
dc->do_vtable = (void *)(DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT | DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT);
dc->dc_func = func;
dc->dc_ctxt = ctxt;
而在pop过程中的判断条件是if (DISPATCH_OBJ_IS_VTABLE(dou._do))
,相关代码例如以下:
#define DISPATCH_OBJ_ASYNC_BIT 0x1
#define DISPATCH_OBJ_BARRIER_BIT 0x2
#define DISPATCH_OBJ_GROUP_BIT 0x4
// vtables are pointers far away from the low page in memory
#define DISPATCH_OBJ_IS_VTABLE(x) ((unsigned long)(x)->do_vtable > 127ul)
条件不满足。所以我们运行了方法调用,一步步先进入了_dispatch_source_set_timer2
再进入_dispatch_source_set_timer3
,然后更新timer链表:
// Updates the ordered list of timers based on next fire date for changes to ds.
// Should only be called from the context of _dispatch_mgr_q.
static void
_dispatch_timers_update(dispatch_source_t ds)
这里值得一提的是,假设定时器採用的是wall clock。那么会做下额外的处理:
if (params->values.flags & DISPATCH_TIMER_WALL_CLOCK) {
_dispatch_mach_host_calendar_change_register();
}
当定时器到期时就会运行_dispatch_wakeup(ds)
,然后一路push & wakeup直到root queue。通常我们创建的queue所相应的targetq是default优先级的root queue,所以终于还是走到了_dispatch_queue_wakeup_global
来分配线程运行drain queue的pop动作:
终于回调出去。
九、GCD Timer的失效性
讨论了那么多。那么GCD Timer是不是也有可能在某种情况下失效呢?
关于定时器的有效工作,有两个关键环节,一个是mgr queue。还有一个是root queue。
能够看到mgr queue仅仅是负责事件监听和分发,能够理解是非常轻量级的、不应该也不同意存在失效的;而root queue则负责从线程池分配线程运行任务。线程池的大小眼下来看是255,而且有高低优先级之分。
我们创建的GCD Timer的优先级是继承自它的targetq的,而我们正常创建的queue所相应的root queue优先级是default。所以说假设存在大量高优先级的任务派发。或者255个线程都卡住了。那么GCD Timer是会被影响到的。