DispatchQueue QoS/Priority探究

本文只探讨一个问题:QoS/Priority到底代表什么意思?执行机会更多?还是低优先级线程必须等待所有Running/Ready状态的高优先级线程全部执行完毕?

我们知道,在iOS的各种锁机制中,自旋锁的性能是最高的,但由于潜在的优先级反转问题,已经被弃用了,详情请见:不再安全的 OSSpinLock。此篇不讨论锁的问题,而是讨论一下指出自旋锁问题的swift-dev邮件列表的内容,个人认为邮件中的说法并不妥当。

邮件原文:

The iOS scheduler maintains several different priority levels / QoS classes: background, utility, default, user-initiated, user-interactive. If any thread in a higher class is runnable then it will always run before every thread in lower classes. A thread's priority will never decay down into a lower class. (I am told that I/O throttling has similar effects, but I don't know the details there.)

This breaks naïve spinlocks like OSSpinLock. If a lower priority thread acquires the lock and is scheduled out, and then enough high-priority threads spin on the lock, then the low-priority thread will be starved and will never run again.

This is not a theoretical problem. libobjc saw dozens of livelocks against its internal spinlocks until we stopped using OSSpinLock.

本人理解(欢迎拍砖):只要存在Running/Ready状态的高优先级线程,那么低优先级线程将永远不会被执行。

看了几篇讨论自旋锁问题的文章,意思也都是说,自旋锁忙等的机制导致高优先级线程霸占时间片,导致低优先级线程任务无法完成,从而无法释放锁。

之前并没有深入思考这个问题,今天在研究一个问题时,再次看到了这封邮件,但对文中的说法产生了怀疑,感觉这并不符合正常的系统设计思路,不太相信苹果会设计出如此脑残的机制。而且根据QoS的定义,丝毫看不出高优先级会阻塞低优先级,应该只是执行机会更多而已。

于是做了以下实验:

class HighBlockLow {
    
    static func doAction() {
        startLow()
        startHigh()
    }
    
    private static func startHigh() {
        DispatchQueue.global(qos: DispatchQoS.QoSClass.userInitiated).async {
            doWork(priority: "userInitiated", sleep: false)
        }
    }
    
    private static func startLow() {
        DispatchQueue.global(qos: DispatchQoS.QoSClass.utility).async {
            doWork(priority: "utility", sleep: false)
        }
    }
    
    private static func doWork(priority: String, sleep: Bool) {
        print("\(priority) started")
        var count: UInt32 = 0
        while true {
            count += 1
            count %= UInt32.max
            if sleep || count % 10000000 == 0 {
                print("\(priority): \(count)")
            }
            if sleep {
                Thread.sleep(forTimeInterval: 0.1)
            }
        }
    }
    
}

实验结果证明,两个死循环的线程,高优先级线程并不会导致低优先级线程无法执行的情况,只是高优先级线程获得的执行机会更多而已,但是差别并没有那么恐怖,以上代码的差别在2倍以内,其它实验也在5倍以内,甚至出现过低优先线程快于高优先级线程的情况。

哪位朋友能指出如何能让低优先的线程无法执行?

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