1-12.【GCD】GCD 如何保证串行队列的“串行语义”？

1️⃣ 串行语义的定义

串行队列保证：同一时间最多只有一个任务在执行，任务严格按提交顺序（FIFO）运行。

• FIFO 顺序：先提交的任务先执行
• 互斥：不会同时执行多个任务
• 线程数量不固定 → 可能不同任务跑在不同线程上

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2️⃣ 串行语义不是线程绑定

• 串行队列不要求“只用一条线程”
• GCD 只保证**“同一时间最多执行一个 block”**
• 不同任务可以在不同线程上运行，只要不重叠执行就符合串行语义

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3️⃣ GCD 内部机制（state machine）

串行队列实现串行语义的核心手段是：

1. 队列状态：

   • isExecuting 或内部标记：当前是否有任务在执行

2. FIFO 队列存储任务：

   • 每个 async / sync 提交的 block 都被封装成任务对象，排入队列尾

3. 调度逻辑：

   当队列空闲（isExecuting == false）时：

   • 取队列头任务
   • 派发给 target queue（可能是 global queue）
   • 设置 isExecuting = true

   当任务完成：

   • isExecuting = false
   • 取下一个任务执行

⚠️ 关键点：串行控制在队列层，而不是线程层

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4️⃣ 示例流程

假设串行队列 serial 提交了三个任务 A、B、C：

提交 A -> 队列：[A] -> 空闲，A 派发 -> isExecuting=true
提交 B -> 队列：[B]
提交 C -> 队列：[B,C]

• 执行 A

• 完成 A：

  • 更新队列状态
  • 派发 B

• 执行 B

• 完成 B：

  • 派发 C

• 执行 C

• 完成 C：

  • 队列空闲

始终保证同时只有一个任务执行

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5️⃣ Target Queue 的作用

• 串行队列通常有一个 target queue

  • 可以是全局并发队列（global queue）
  • 也可以是另一个串行队列

• 串行语义仍然保持，因为 队列层的状态机只允许一个任务被派发

⚠️ 即使 target 是并发队列，也不会破坏串行语义

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6️⃣ 对 sync 和 async 的影响

• async：

  • 提交任务后立即返回
  • 队列状态机负责按顺序派发

• sync：

  • 当前线程可能直接执行任务（fast-path）
  • 队列状态机仍然保证同一时间只有一个任务执行

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7️⃣ 总结机制（精炼版）

GCD 保证串行语义的核心：

1. 每个串行队列维护任务队列 + 执行状态

2. 提交任务：

   • 放入 FIFO 队列

3. 队列空闲时：

   • 派发队头任务
   • 设置“正在执行”标记

4. 任务完成：

   • 清除标记
   • 派发下一个任务

5. 整个过程中，永远只允许一个任务执行

重点：串行语义靠队列内部调度状态机实现，而不是靠线程数量或线程锁。