iOS GCD (一) 任務+隊列 基礎組合
iOS GCD (二 ) dispatch_group 隊列組
iOS GCD(三) dispatch_barrier_async 柵欄方法
iOS GCD (四) dispatch_semaphore 信號量
iOS GCD(五) 死鎖案例分析
iOS GCD(六)線程加鎖
GCD 中的信號量是指 Dispatch Semaphore，是持有計數的信號。類似于過高速路收費站的欄桿?？梢酝ㄟ^時，打開欄桿，不可以通過時，關閉欄桿。在 Dispatch Semaphore 中，使用計數來完成這個功能，計數為0時等待，不可通過。計數為1或大于1時，計數減1且不等待，可通過。
Dispatch Semaphore 提供了三個函數。
1.dispatch_semaphore_create：創(chuàng)建一個Semaphore并初始化信號的總量
2.dispatch_semaphore_signal：發(fā)送一個信號，讓信號總量加1
3.dispatch_semaphore_wait：可以使總信號量減1，當信號總量為0時就會一直等待（阻塞所在線程），否則就可以正常執(zhí)行。
注意：信號量的使用前提是：想清楚你需要處理哪個線程等待（阻塞），又要哪個線程繼續(xù)執(zhí)行，然后使用信號量。
Dispatch Semaphore 在實際開發(fā)中主要用于：
保持線程同步，將異步執(zhí)行任務轉換為同步執(zhí)行任務
保證線程安全，為線程加鎖
Dispatch Semaphore 線程同步
我們在開發(fā)中，會遇到這樣的需求：異步執(zhí)行耗時任務，并使用異步執(zhí)行的結果進行一些額外的操作。換句話說，相當于，將將異步執(zhí)行任務轉換為同步執(zhí)行任務。比如說：AFNetworking 中 AFURLSessionManager.m 里面的 tasksForKeyPath: 方法。通過引入信號量的方式，等待異步執(zhí)行任務結果，獲取到 tasks，然后再返回該 tasks。
- (NSArray *)tasksForKeyPath:(NSString *)keyPath {
__block NSArray *tasks = nil;
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
[self.session getTasksWithCompletionHandler:^(NSArray *dataTasks, NSArray *uploadTasks, NSArray *downloadTasks) {
if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(dataTasks))]) {
tasks = dataTasks;
} else if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(uploadTasks))]) {
tasks = uploadTasks;
} else if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(downloadTasks))]) {
tasks = downloadTasks;
} else if ([keyPath isEqualToString:NSStringFromSelector(@selector(tasks))]) {
tasks = [@[dataTasks, uploadTasks, downloadTasks] valueForKeyPath:@"@unionOfArrays.self"];
}
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}];
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
return tasks;
}
下面，我們來利用 Dispatch Semaphore 實現線程同步，將異步執(zhí)行任務轉換為同步執(zhí)行任務。
/**
* semaphore 線程同步
*/
- (void)semaphoreSync {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印當前線程
NSLog(@"semaphore---begin");
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
__block int number = 0;
dispatch_async(queue, ^{
// 追加任務1
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模擬耗時操作
NSLog(@"1---%@",[NSThread currentThread]); // 打印當前線程
number = 100;
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
NSLog(@"semaphore---end,number = %zd",number);
}
輸出結果：
2018-02-23 22:22:26.521665+0800 YSC-GCD-demo[20642:5246341] currentThread---<NSThread: 0x60400006bc80>{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:22:26.521869+0800 YSC-GCD-demo[20642:5246341] semaphore---begin
2018-02-23 22:22:28.526841+0800 YSC-GCD-demo[20642:5246638] 1---<NSThread: 0x600000272300>{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:22:28.527030+0800 YSC-GCD-demo[20642:5246341] semaphore---end,number = 100
從 Dispatch Semaphore 實現線程同步的代碼可以看到：
semaphore---end 是在執(zhí)行完 number = 100; 之后才打印的。而且輸出結果 number 為 100。
這是因為異步執(zhí)行不會做任何等待，可以繼續(xù)執(zhí)行任務。異步執(zhí)行將任務1追加到隊列之后，不做等待，接著執(zhí)行dispatch_semaphore_wait方法。此時 semaphore == 0，當前線程進入等待狀態(tài)。然后，異步任務1開始執(zhí)行。任務1執(zhí)行到dispatch_semaphore_signal之后，總信號量，此時 semaphore == 1，dispatch_semaphore_wait方法使總信號量減1，正在被阻塞的線程（主線程）恢復繼續(xù)執(zhí)行。最后打印semaphore---end,number = 100。這樣就實現了線程同步，將異步執(zhí)行任務轉換為同步執(zhí)行任務。
Dispatch Semaphore 線程安全和線程同步（為線程加鎖）
線程安全：如果你的代碼所在的進程中有多個線程在同時運行，而這些線程可能會同時運行這段代碼。如果每次運行結果和單線程運行的結果是一樣的，而且其他的變量的值也和預期的是一樣的，就是線程安全的。
若每個線程中對全局變量、靜態(tài)變量只有讀操作，而無寫操作，一般來說，這個全局變量是線程安全的；若有多個線程同時執(zhí)行寫操作（更改變量），一般都需要考慮線程同步，否則的話就可能影響線程安全。
線程同步：可理解為線程 A 和 線程 B 一塊配合，A 執(zhí)行到一定程度時要依靠線程 B 的某個結果，于是停下來，示意 B 運行；B 依言執(zhí)行，再將結果給 A；A 再繼續(xù)操作。
舉個簡單例子就是：兩個人在一起聊天。兩個人不能同時說話，避免聽不清(操作沖突)。等一個人說完(一個線程結束操作)，另一個再說(另一個線程再開始操作)。
下面，我們模擬火車票售賣的方式，實現 NSThread 線程安全和解決線程同步問題。
場景：總共有50張火車票，有兩個售賣火車票的窗口，一個是北京火車票售賣窗口，另一個是上海火車票售賣窗口。兩個窗口同時售賣火車票，賣完為止。
1.非線程安全（不使用 semaphore）
先來看看不考慮線程安全的代碼
/**
* 非線程安全：不使用 semaphore
* 初始化火車票數量、賣票窗口(非線程安全)、并開始賣票
*/
- (void)initTicketStatusNotSave {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印當前線程
NSLog(@"semaphore---begin");
self.ticketSurplusCount = 50;
// queue1 代表北京火車票售賣窗口
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// queue2 代表上海火車票售賣窗口
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
__weak typeof(self) weakSelf = self;
dispatch_async(queue1, ^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
});
dispatch_async(queue2, ^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
});
}
/**
* 售賣火車票(非線程安全)
*/
- (void)saleTicketNotSafe {
while (1) {
if (self.ticketSurplusCount > 0) { //如果還有票，繼續(xù)售賣
self.ticketSurplusCount--;
NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票數：%d 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
[NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
} else { //如果已賣完，關閉售票窗口
NSLog(@"所有火車票均已售完");
break;
}
}
}
輸出結果（部分）：
2018-02-23 22:25:35.789072+0800 YSC-GCD-demo[20712:5258914] currentThread---<NSThread: 0x604000068880>{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:25:35.789260+0800 YSC-GCD-demo[20712:5258914] semaphore---begin
2018-02-23 22:25:35.789641+0800 YSC-GCD-demo[20712:5259176] 剩余票數：48 窗口：<NSThread: 0x60000027db80>{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:25:35.789646+0800 YSC-GCD-demo[20712:5259175] 剩余票數：49 窗口：<NSThread: 0x60000027e740>{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:25:35.994113+0800 YSC-GCD-demo[20712:5259175] 剩余票數：47 窗口：<NSThread: 0x60000027e740>{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:25:35.994129+0800 YSC-GCD-demo[20712:5259176] 剩余票數：46 窗口：<NSThread: 0x60000027db80>{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:25:36.198993+0800 YSC-GCD-demo[20712:5259176] 剩余票數：45 窗口：<NSThread: 0x60000027db80>{number = 3, name = (null)}
可以看到在不考慮線程安全，不使用 semaphore 的情況下，得到票數是錯亂的，這樣顯然不符合我們的需求，所以我們需要考慮線程安全問題。
2. 線程安全（使用 semaphore 加鎖）
考慮線程安全的代碼：
/**
* 線程安全：使用 semaphore 加鎖
* 初始化火車票數量、賣票窗口(線程安全)、并開始賣票
*/
- (void)initTicketStatusSave {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印當前線程
NSLog(@"semaphore---begin");
semaphoreLock = dispatch_semaphore_create(1);
self.ticketSurplusCount = 50;
// queue1 代表北京火車票售賣窗口
dispatch_queue_t queue1 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue1", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
// queue2 代表上?；疖嚻笔圪u窗口
dispatch_queue_t queue2 = dispatch_queue_create("net.bujige.testQueue2", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
__weak typeof(self) weakSelf = self;
dispatch_async(queue1, ^{
[weakSelf saleTicketSafe];
});
dispatch_async(queue2, ^{
[weakSelf saleTicketSafe];
});
}
/**
* 售賣火車票(線程安全)
*/
- (void)saleTicketSafe {
while (1) {
// 相當于加鎖
dispatch_semaphore_wait(semaphoreLock, DISPATCH_TIME_FOREVER);
if (self.ticketSurplusCount > 0) { //如果還有票，繼續(xù)售賣
self.ticketSurplusCount--;
NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票數：%d 窗口：%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
[NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
} else { //如果已賣完，關閉售票窗口
NSLog(@"所有火車票均已售完");
// 相當于解鎖
dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
break;
}
// 相當于解鎖
dispatch_semaphore_signal(semaphoreLock);
}
}
輸出結果為：
2018-02-23 22:32:19.814232+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290531] currentThread---<NSThread: 0x6000000783c0>{number = 1, name = main}
2018-02-23 22:32:19.814412+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290531] semaphore---begin
2018-02-23 22:32:19.814837+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票數：49 窗口：<NSThread: 0x6040002709c0>{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:32:20.017745+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票數：48 窗口：<NSThread: 0x60000046c640>{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:20.222039+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票數：47 窗口：<NSThread: 0x6040002709c0>{number = 3, name = (null)}
......
2018-02-23 22:32:29.024817+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票數：4 窗口：<NSThread: 0x60000046c640>{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.230110+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票數：3 窗口：<NSThread: 0x6040002709c0>{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.433615+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票數：2 窗口：<NSThread: 0x60000046c640>{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.637572+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 剩余票數：1 窗口：<NSThread: 0x6040002709c0>{number = 3, name = (null)}
2018-02-23 22:32:29.840234+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 剩余票數：0 窗口：<NSThread: 0x60000046c640>{number = 4, name = (null)}
2018-02-23 22:32:30.044960+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290687] 所有火車票均已售完
2018-02-23 22:32:30.045260+0800 YSC-GCD-demo[20862:5290689] 所有火車票均已售完
可以看出，在考慮了線程安全的情況下，使用 dispatch_semaphore 機制之后，得到的票數是正確的，沒有出現混亂的情況。我們也就解決了多個線程同步的問題。
