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iOS中的多线程(关于GCD信号量)

GCD 信号量

什么是 Dispatch Semaphore

GCD 中的信号量是指 Dispatch Semaphore,是持有计数的信号。类似于过高速路收费站的栏杆。可以通过时,打开栏杆,不可以通过时,关闭栏杆。在 Dispatch Semaphore 中,使用计数来完成这个功能,计数小于 0 时等待,不可通过。计数为 0 或大于 0 时,计数减 1 且不等待,可通过。


Dispatch Semaphore 的方法

  • 创建信号量

创建一个 dispatch_semaphore_ 类型的信号量,并且创建的时候需要指定信号量的大小,当传递的值小于0,信号量将初始化失败返回NULL

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0); 复制代码

  • 发送信号量

发送一个信号,会对信号量进行加 1

dispatch_semaphore_signal(semaphore); 复制代码

  • 等待信号量

该函数会对信号量进行减 1。如果减 1 后信号量小于 0(即减1前信号量值为0),那么该函数就会一直等待,也就是不返回(相当于阻塞当前线程),直到该函数等待的信号量的值大于等于 1,该函数会对信号量的值进行减1操作,然后返回。

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); 复制代码

通常等待信号量和发送信号量的函数是成对出现的。并发执行任务时候,在当前任务执行之前,用 dispatch_semaphore_wait 函数进行等待(阻塞),直到上一个任务执行完毕后且通过 dispatch_semaphore_signal 函数发送信号量(使信号量的值加1),dispatch_semaphore_wait 函数收到信号量之后判断信号量的值大于等于1,会再对信号量的值减1,然后当前任务可以执行,执行完毕当前任务后,再通过 dispatch_semaphore_signal 函数发送信号量(使信号量的值加1),通知执行下一个任务......如此一来,通过信号量,就达到了并发队列中的任务同步执行的要求


用信号量机制使异步线程完成同步操作

在并发队列中的任务,由异步线程执行的顺序是不确定的,两个任务分别由两个线程执行,很难控制哪个任务先执行完,哪个任务后执行完。但有时候确实有这样的需求:两个任务虽然是异步的,但仍需要同步执行。这时候,GCD信号量就可以大显身手了。

  • 异步函数+并发队列 实现同步操作

    我们知道异步函数 + 串行队列实现任务同步执行更加简单。不过异步函数 + 串行队列的弊端也是非常明显的:因为是异步函数,所以系统会开启新(子)线程,又因为是串行队列,所以系统只会开启一个子线程。这就导致了所有的任务都是在这个子线程中同步的一个一个执行。丧失了并发执行的可能性。虽然可以完成任务,但是却没有充分发挥CPU多核(多线程)的优势

    示例:

    - (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{     dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.gcd.serialQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);     dispatch_async(queue, ^{         NSLog(@"任务1:%@",[NSThread currentThread]);     });     dispatch_async(queue, ^{         NSLog(@"任务2:%@",[NSThread currentThread]);     });     dispatch_async(queue, ^{         NSLog(@"任务3:%@",[NSThread currentThread]);     }); }     复制代码

    log:(三个任务的执行顺序永远是任务1、任务2、任务3,且永远是在同一个子线程被执行)

    Snip20211108_3.png

  • 用GCD的信号量来实现异步线程同步操作

    使用信号量实现异步线程同步操作时,虽然任务是一个接一个被同步(说同步并不准确)执行的,但因为是在并发队列,并不是所有的任务都是在同一个线程执行的(所以说同步并不准确)。log中绿框中的任务3是在线程8中被执行的,而任务1和任务2是在线程3中被执行的。这有别于异步函数+串行队列的方式(异步函数+ 串行队列的方式中,所有的任务都是在同一个新线程被串行执行的)

    - (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{     dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);     NSLog(@"1、任务1加入并发队列");     dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{              NSLog(@"任务1:%@",[NSThread currentThread]);                  NSLog(@"3、任务1进行信号量加1");         dispatch_semaphore_signal(sem);     });     NSLog(@"2、任务1进行信号量减1");     dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);          NSLog(@"4、任务2加入并发队列");     dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{                 NSLog(@"任务2:%@",[NSThread currentThread]);                  NSLog(@"6、任务2进行信号量加1");         dispatch_semaphore_signal(sem);     });          NSLog(@"5、任务2进行信号量减1");     dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);          NSLog(@"7、任务3加入并发队列");     dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{         NSLog(@"任务3:%@",[NSThread currentThread]);              }); } 复制代码

    log:(点击事件3次的log,去除了执行顺的log) Snip20211108_5.png

    log:(单次点击事件的log,包含执行顺序) Snip20211108_9.png


Dispatch Semaphore 的使用

信号量的使用前提是:想清楚需要处理哪个线程阻塞,需要哪个线程继续执行,然后使用信号量

  • 保持线程同步,将异步执行任务转换为同步执行任务

    示例:

    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0); //创建一个 Semaphore, 并初始化信号的总量 dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0); __block int number = 0; //异步执行 dispatch_async(queue, ^{     for (NSInteger i = 0; i<3; i++) {         NSLog(@"异步执行----%@",[NSThread currentThread]);     }     number = 100;     //发送一个信号,让信号总量加 1     dispatch_semaphore_signal(semaphore); }); NSLog(@"异步执行已添加并发队列"); //总信号量减 1 dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER); NSLog(@"执行完毕,number = %d",number); 复制代码

    log:

    Snip20211108_1.png

    通过log梳理执行顺序:
    1、semaphore 初始化创建信号量为 0
    2、异步执行加入队列后,不做等待,接着执行 dispatch_semaphore_wait,这时信号量由0变为-1,当前线程进入等待状态
    3、异步执行任务,通过 dispatch_semaphore_signal 方法信号量由-1变为0,当前被阻塞的线程恢复继续执行
    4、最后输出:执行完毕,number = 100,这样就实现了线程同步,将异步执行任务转换为同步执行任务

  • 保证线程安全,为线程加锁

    示例:

    - (void)viewDidLoad{     semaphore = dispatch_semaphore_create(1);     self.ticketSurplusCount = 5;          dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue1", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);          __weak typeof(self) weakSelf = self;     dispatch_async(queue, ^{         [weakSelf saleTicketSafe];     });         dispatch_async(queue, ^{         [weakSelf saleTicketSafe];     }); } - (void)saleTicket{     while (1) {         // 相当于加锁         dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);         if (self.ticketSurplusCount > 0) {             self.ticketSurplusCount--;             NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数:%ld 售票员:%@", (long)self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);             [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];         } else {                        NSLog(@"票卖完了");             // 相当于解锁             dispatch_semaphore_signal(semaphore);             break;         }         // 相当于解锁         dispatch_semaphore_signal(semaphore);     } } 复制代码

    log:

    Snip20211108_10.png


作者:NewBoy
链接:https://juejin.cn/post/7028752482826190879

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