使用场景

dispatch_once 能够保证代码块只执行一次，即使在多线程使用时。

一般来说我们如果要保证代码只执行一次，就是进行加锁，通过修改一个变量值0 -> 1 来判断这段代码是否执行过。

在iOS中dispatch_once经常被用来创造单例对象，或者进行方法交换swizzle method

例如 CCManager 继承自NSObject:

+ (instancetype)shared {static CCManager *manager = nil;static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{manager = [[super allocWithZone:NULL] init];});return manager;
}

这里有几个疑问:

为什么onceToken 需要用 static 修饰？
dispatch_once 做了什么?

原因如下：

static是为了保证onceToken唯一，不然你想想，你每次创建一个onceToken = 0 ,然后传入，内部根据 onceToken = 0的话就执行block，那么不就乱套了？
dispatch_once 其实就是将onceToken 值进行修改，其默认是0执行完后变为-1，然后每次进行判断这个值，为-1 就返回，同时做了一些编译期的优化

原理

typedef intptr_t dispatch_once_t;

intptr_t 其实就是一个long ，所以dispatch_once_t 就是一个long

那么我们打印其值

+ (instancetype)shared {static CCManager *manager = nil;static dispatch_once_t onceToken;NSLog(@"A %ld",onceToken);dispatch_once(&onceToken, ^{manager = [[super allocWithZone:NULL] init];NSLog(@"B %ld",onceToken);});NSLog(@"C %ld",onceToken);return manager;
}

2020-04-07 19:58:06.993385+0800 DispatchOnceTest[50656:1743273] A 0
2020-04-07 19:58:06.993597+0800 DispatchOnceTest[50656:1743273] B 768
2020-04-07 19:58:06.993822+0800 DispatchOnceTest[50656:1743273] C -1

这样子就明白其过程了，0 -> 768(并不固定) -> -1

源码中是这样的

DISPATCH_INLINE DISPATCH_ALWAYS_INLINE DISPATCH_NONNULL_ALL DISPATCH_NOTHROW
DISPATCH_SWIFT3_UNAVAILABLE("Use lazily initialized globals instead")
void
_dispatch_once(dispatch_once_t *predicate,DISPATCH_NOESCAPE dispatch_block_t block)
{if (DISPATCH_EXPECT(*predicate, ~0l) != ~0l) {dispatch_once(predicate, block);} else {dispatch_compiler_barrier();}DISPATCH_COMPILER_CAN_ASSUME(*predicate == ~0l);
}

DISPATCH_EXPECT 告诉编译器，这个值大概率为-1即~0l，告诉编译器优先读取下面的指令达到优化的效果。（因为初始化一次后，后面都是直接返回了）

这里~0l 是将一个长整型(long)的0按位取反。long一般占4字节对于16进制表示则为0xFFFFFFFF

0x0000000 16进制2位表示一个字节 0x00，转为二进制0000 0000然后取反1111 1111 即0xFF, 0x00 -> 0xFF

关于dispatch_compiler_barrier

#define dispatch_compiler_barrier()  __asm__ __volatile__("" ::: "memory")

__asm__ __volatile__("" ::: "memory")其实就是个空嵌入式汇编语句，其中"memory"表示，强制gcc编译器假设RAM所有内存单元均被汇编指令修改，这样cpu中的registers和cache中已缓存的内存单元中的数据将作废。cpu将不得不在需要的时候重新读取内存中的数据。这就阻止了cpu又将registers，cache中的数据用于去优化指令，而避免去访问内存。

如果你想了解其实现过程，可以看这篇文章深入浅出 GCD 之 dispatch_once
文中讲解了： dispatch_once 是如何保证线程安全的，以及使用信号量
机制等等。

性能测试

那么了解了原理，我们测试各种锁和dispatch_once的性能

extern uint64_t dispatch_benchmark(size_t count, void (^block)(void));// pthread_mutex_lock
void dispatch_once_pthread(dispatch_once_t *predicate, dispatch_block_t block) {static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_lock(&mutex);if(!*predicate) {block();*predicate = 1;}pthread_mutex_unlock(&mutex);
}// spinlock
void dispatch_once_spinlock(dispatch_once_t *predicate, dispatch_block_t block) {static OSSpinLock lock = OS_SPINLOCK_INIT;OSSpinLockLock(&lock);if(!*predicate) {block();*predicate = 1;}OSSpinLockUnlock(&lock);
}

执行代码为

 size_t count = 1000000;// pthread_mutex_lockuint64_t time1 = dispatch_benchmark(count, ^{static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once_pthread(&onceToken, ^{ });});NSLog(@"dispatch_once_pthread = %llu ns", time1);// spinlockuint64_t time2 = dispatch_benchmark(count, ^{static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once_spinlock(&onceToken, ^{ });});NSLog(@"dispatch_once_spinlock = %llu ns", time2);// dispatch_onceuint64_t time3 = dispatch_benchmark(count, ^{static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{ });});NSLog(@"dispatch_once = %llu ns", time3);

结果:

2020-04-07 20:48:32.944770+0800 DispatchOnceTest[51346:1777555] dispatch_once_pthread = 101 ns
2020-04-07 20:48:33.019640+0800 DispatchOnceTest[51346:1777555] dispatch_once_spinlock = 70 ns
2020-04-07 20:48:33.048097+0800 DispatchOnceTest[51346:1777555] dispatch_once = 25 ns

最后附上demo下载地址

链接:https://pan.baidu.com/s/1_Zar_4T1X0-6SV0iHZ04Bg 密码:pd96

对于 OSSpinlock 不再安全
由于iOS线程中的优先级翻转，当低优先级线程被锁住访问共享资源时，高优先级线程如果访问访问共享资源，由于高优先级线程始终会在低优先级线程前执行，它会处于 spin lock 的忙等状态从而占用大量 CPU。此时低优先级线程无法与高优先级线程争夺 CPU 时间，从而导致任务迟迟完不成、无法释放 lock。见博文地址

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