主线程中也不绝对安全的 UI 操作

独家号 swift与iOS开发 作者 @bestswifter

从最初开始学习 iOS 的时候,我们就被告知 UI 操作一定要放在主线程进行。这是因为 UIKit 的方法不是线程安全的,保证线程安全需要极大的开销。那么问题来了,在主线程中进行 UI 操作一定是安全的么?

显然,答案是否定的!

在苹果的MapKit框架中,有一个叫做addOverlay的方法,它在底层实现的时候,不仅仅要求代码执行在主线程上,还要求执行在 GCD 的主队列上。这是一个极罕见的问题,但已经有人在使用 ReactiveCocoa 时踩到了坑,并提交了 issue

苹果的 Developer Technology Support 承认这是一个 bug。不管这是 bug 还是历史遗留设计,也不管是不是在钻牛角尖,为了避免再次掉进同样的坑,我认为都有必要分析一下问题发生的原因和解决方案。

GCD 知识复习

在 GCD 中,使用dispatch_get_main_queue()函数可以获取主队列。调用dispatch_sync()方法会把任务同步提交到指定的队列。

注意一下队列和线程的区别,他们之间并没有“拥有关系(ownership)”,当我们同步的提交一个任务时,首先会阻塞当前队列,然后等到下一次 runloop 时再在合适的线程中执行 block。

在执行 block 之前,首先会寻找合适的线程来执行block,然后阻塞这个线程,直到 block 执行完毕。寻找线程的规则是: 任何提交到主队列的 block 都会在主线程中执行,在不违背此规则的前提下,文档还告诉我们系统会自动进行优化,尽可能的在当前线程执行 block

顺便补充一句,GCD 死锁的充分条件是:“向当前队列重复同步提交 block”。从原理来看,死锁的原因是提交的 block 阻塞了队列,而队列阻塞后永远无法执行完dispatch_sync(),可见这里完全和代码所在的线程无关。

另一个例子也可以证明这一点,在主线程中向一个串行队列同步的派发 block,根据上文选择线程的原则,block 将在主线程中执行,但同样不会导致死锁:

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.kt.deadlock", nil);
dispatch_sync(queue, ^{
    NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);
});
// 输出结果:
// current thread = <NSThread: 0x7fa7fb403e90>{number = 1, name = main}

原因分析

啰嗦了这么多,回到之前描述的 bug 中来。现在我们知道,即使是在主线程中执行的代码,也很可能不是运行在主队列中(反之则必然)。如果我们在子队列中调用MapKit的addOverlay方法,即使当前处于主线程,也会导致 bug 的产生,因为这个方法的底层实现判断的是主队列而非主线程。

更进一步的思考,有时候为了保证 UI 操作在主线程运行,如果有一个函数可以用来创建新的UILabel,为了确保线程安全,代码可能是这样:

- (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;
}
从严格意义上来讲,这样的写法不是 100% 安全的,因为我们无法得知相关的系统方法是否存在上述 Bug。

解决方案

由于提交到主队列的 block 一定在主线程运行,并且在 GCD 中线程切换通常都是由指定某个队列引起的,我们可以做一个更加严格的判断,即用判断是否处于主队列来代替是否处于主线程。

GCD 没有提供 API 来进行相应的判断,但我们可以另辟蹊径,利用dispatch_queue_set_specific和dispatch_get_specific这一组方法为主队列打上标记:

+ (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]即可获得更好的安全性。

参考资料

  1. Community bug reports about MapKit
  2. GCD's Main Queue vs Main Thread
  3. ReactiveCocoa 中遇到类似的坑
  4. Why can't we use a dispatch_sync on the current queue?

文/bestswifter(简书作者)
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