GCD 使用若干注意事项

Posted 2020-10-04 huahuahu

这篇文章写的是看完 WWDC 17 - Modernizing GCD Usage 之后的笔记。

一、Parallelism & Concurrency

Parallelism 指的是在多个 CPU 核上同时跑代码。

DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: 100) { (i) in
    print("\\(i)")
}

为了更好的利用多个 CPU 的优势，把任务分为尽可能多的部分，方便调度。
如果只有 3 个部分，那么很可能会出现 Bubble，即有时间片没有被利用。





Concurrency 即我们通常说的多任务，这个 session 讲的也大部分是 Concurrency。

二、Context Switching

上下文切换是 Concurrency 可以实现的基础，但是过多的上下文切换会带来性能问题。


2.1 重复的获取互斥资源引发的等待

每次切换需要 10μs 的量级


可以考虑用 un_fair_lock 来解决。
先来看 fair_lock。多个线程同时竞争这个锁得时候， 会考虑公平性尽可能的让不同的线程公平。 这个公平其实是有很大的性能损失换来的。 

在上面的图中，锁先被线程 1 持有，然后释放，被线程 2 持有，引起一次上下文切换。



而在非公平锁中，线程 1 释放锁之后，马上又获得了锁，没有造成上下文切换。


可以用 Instrument 发现问题，然后选择适当的锁。

2.2 重复地在不同的操作 (operations)中切换

一个例子是有很多网络连接，而每一个连接都对应一个串行队列。当网络发生变化时，这些队列中的代码都要被执行。
假如队列形式如下，S 表示网络发生变化， Q 表示网络变化时代码要执行的串行队列。 

当网络变化时，会有 3 个队列生成，对应三个线程。


显然会发生上下文切换。


如果我们指定 3 个队列的 target 是同一个 queue，如下图： 

那么在网络发生变化时，这三个队列的代码将在同一个 queue 中执行，不会有上下文切换。



此外，如果把太多的任务加到全局并行队列，也会导致生成太多线程。

• If workitems block, more threads will be created
• May lead to thread explosion

苹果推荐的方法是，每一个子系统（数据库、网络。。。）有一个队列层级，如下图： 

三、统一队列标识符 (Unified Queue Identity)

具体原理没有看明白，大概是每一个队列都在内核中有一个标志符，可以根据这个标识符做优化。
在之前，把两个 source 的队列设置为一个，当处理 S1 时， S2 被触发，那么会新建一个线程。 

经过优化之后，不会创建一个额外的线程了。
大致原理是当 S2 触发时，系统知道对应的队列正在执行，于是做了一个标记。
当处理完毕之后，再进行相应处理。 

四、如何处理代码

4.1 在 activation 之后不要改变 dispatch object

即在 activate 函数调用之后，不要改变 source handler 和 target queue。因为系统会创建一个快照，根据这个快照来优化调度。

let mySource = DispatchSource.makeReadSource(fileDescriptor: fd, queue: myQueue)
mySource.setEventHandler(qos: .userInteractive) { … }
mySource.setCancelHandler { close(fd) }
mySource.activate()
mySource.setTarget(queue: otherQueue)//wrong!!!!!!!!!!!!!!!!

4.2 保护好队列的层级

使用新的函数，在创建队列时指定 target queue。

Q1 = dispatch_queue_create_with_target("Q1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL, EQ)
//下面被淘汰啦  
Q1 = dispatch_queue_create("Q1",DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
dispatch_set_target_queue(Q1, EQ)

4.3 使用新的工具

Instrument 带有 GCDPerformance 工具，可以诊断问题。

五、参考

• WWDC Modernizing Grand Central Dispatch Usage
• ReentrantLock Fair 与 Unfair 的巨大差异