主線程中也不絕對安全的UI操作
從最初開始學習 iOS 的時候，我們就被告知 UI 操作一定要放在主線程進行。這是因為 UIKit 的方法不是線程安全的，保證線程安全需要極大的開銷。那么問題來了，在主線程中進行 UI 操作一定是安全的么?
顯然，答案是否定的!
在蘋果的 MapKit 框架中，有一個叫做 addOverlay 的方法，它在底層實現的時候，不僅僅要求代碼執行在主線程上，還要求執行在 GCD 的主隊列上。這是一個極罕見的問題，但已經有人在使用 ReactiveCocoa 時踩到了坑，并提交了 issue。
蘋果的 Developer Technology Support 承認這是一個 bug。不管這是 bug 還是歷史遺留設計，也不管是不是在鉆牛角尖，為了避免再次掉進同樣的坑，我認為都有必要分析一下問題發生的原因和解決方案。
GCD 知識復習
在 GCD 中，使用 dispatch_get_main_queue() 函數可以獲取主隊列。調用 dispatch_sync() 方法會把任務同步提交到指定的隊列。
注意一下隊列和線程的區別，他們之間并沒有“擁有關系(ownership)”，當我們同步的提交一個任務時，首先會阻塞當前隊列，然后等到下一次 runloop 時再在合適的線程中執行 block。
在執行 block 之前，首先會尋找合適的線程來執行block，然后阻塞這個線程，直到 block 執行完畢。尋找線程的規則是: 任何提交到主隊列的 block 都會在主線程中執行，在不違背此規則的前提下，文檔還告訴我們系統會自動進行優化，盡可能的在當前線程執行 block。
順便補充一句，GCD 死鎖的充分條件是:“向當前隊列重復同步提交 block”。從原理來看，死鎖的原因是提交的 block 阻塞了隊列，而隊列阻塞后永遠無法執行完 dispatch_sync()，可見這里完全和代碼所在的線程無關。
另一個例子也可以證明這一點，在主線程中向一個串行隊列同步的派發 block，根據上文選擇線程的原則，block 將在主線程中執行，但同樣不會導致死鎖:
- dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.kt.deadlock", nil);
- dispatch_sync(queue, ^{
- NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);
- });
- // 輸出結果:
- // current thread = {number = 1, name = main}
原因分析
啰嗦了這么多，回到之前描述的 bug 中來。現在我們知道，即使是在主線程中執行的代碼，也很可能不是運行在主隊列中(反之則必然)。如果我們在子隊列中調用 MapKit 的 addOverlay 方法，即使當前處于主線程，也會導致 bug 的產生，因為這個方法的底層實現判斷的是主隊列而非主線程。
更進一步的思考，有時候為了保證 UI 操作在主線程運行，如果有一個函數可以用來創建新的 UILabel，為了確保線程安全，代碼可能是這樣:
- - (UILabel *)labelWithText: (NSString *)text {
- __block UILabel *theLabel;
- if ([NSThread isMainThread]) {
- theLabel = [[UILabel alloc] init];
- [theLabel setText:text];
- }
- else {
- dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
- theLabel = [[UILabel alloc] init];
- [theLabel setText:text];
- });
- }
- return theLabel;
- }
從嚴格意義上來講，這樣的寫法不是 100% 安全的，因為我們無法得知相關的系統方法是否存在上述 Bug。
解決方案
由于提交到主隊列的 block 一定在主線程運行，并且在 GCD 中線程切換通常都是由指定某個隊列引起的，我們可以做一個更加嚴格的判斷，即用判斷是否處于主隊列來代替是否處于主線程。
GCD 沒有提供 API 來進行相應的判斷，但我們可以另辟蹊徑，利用 dispatch_queue_set_specific 和 dispatch_get_specific 這一組方法為主隊列打上標記:
- + (BOOL)isMainQueue {
- static const void* mainQueueKey = @"mainQueue";
- static void* mainQueueContext = @"mainQueue";
- static dispatch_once_t onceToken;
- dispatch_once(&onceToken, ^{
- dispatch_queue_set_specific(dispatch_get_main_queue(), mainQueueKey, mainQueueContext, nil);
- });
- return dispatch_get_specific(mainQueueKey) == mainQueueContext;
- }
用 isMainQueue 方法代替 [NSThread isMainThread] 即可獲得更好的安全性。
參考資料
1.Community bug reports about MapKit
2.GCD’s Main Queue vs Main Thread
3.ReactiveCocoa 中遇到類似的坑
4.Why can’t we use a dispatch_sync on the current queue?
