个人对GCD信号量的一些误解

2023-11-24 16:41:13

GCD 信号量：常见误解和正确用法

在并发编程的世界中，Apple 的 GCD 信号量是一个不可或缺的工具，它允许我们控制线程的同步。然而，信号量的使用也经常引发误解，阻碍我们充分利用其功能。本文将深入探讨这些常见的误解，并提供清晰的解释和示例，帮助你正确使用 GCD 信号量。

误解 1：初始值决定并发数

一个常见的误解是信号量的初始值决定了可以并发运行的最大线程数。例如，如果将信号量初始化为 0，有人可能会认为这意味着不允许任何线程同时运行。然而，事实并非如此。

在 GCD 中，信号量的初始值实际上表示可用的资源或任务槽。当信号量初始化为 0 时，这意味着没有可用资源，任何尝试获取信号量的线程都会被阻塞，直到有资源可用。

示例：

// 创建一个初始值为 0 的信号量
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);

// 尝试获取信号量，但由于没有可用资源，该线程会被阻塞
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

误解 2：负值表示线程饥饿

另一个常见的误解是信号量值为负数表示线程饥饿。这也不正确。在 GCD 中，负信号量值表示等待获取信号量的线程数。例如，如果信号量值为 -5，这意味着有 5 个线程正在等待获取该信号量。

示例：

// 创建一个初始值为 2 的信号量
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(2);

// 2 个线程获取信号量，此时信号量值为 0
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

// 3 个线程尝试获取信号量，但只有 2 个线程可以成功，1 个线程会被阻塞
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

// 此时信号量值为 -1，表示有一个线程正在等待

正确使用信号量

避免这些误解的正确使用信号量的步骤如下：

确定所需资源数： 首先，确定需要控制并发性的资源或任务的数量。
初始化信号量： 使用 dispatch_semaphore_create() 函数初始化信号量，并将初始值设置为所需的资源数。
获取信号量： 当线程需要访问资源时，使用 dispatch_semaphore_wait() 函数获取信号量。如果信号量值为正，则线程可以继续执行。如果信号量值为 0，则线程将被阻塞，直到信号量变为正。
释放信号量： 当线程完成使用资源时，使用 dispatch_semaphore_signal() 函数释放信号量。这会将信号量值增加 1，允许另一个线程获取该信号量。

结论

GCD 信号量是并发编程中的一个强大工具，它们使我们能够控制线程的同步并避免竞争条件。通过理解信号量的初始值真正代表什么以及如何正确使用它们，我们可以编写可扩展且线程安全的代码。

常见问题解答

1. 我应该何时使用信号量？

信号量在需要控制对共享资源的访问时非常有用，例如在多线程环境中共享数据结构时。

2. 信号量与互斥体有何区别？

互斥体是一种更基本的同步机制，它一次只允许一个线程访问临界区。信号量允许多个线程同时访问资源，只要可用资源的数量不超过信号量的初始值。

3. 我可以用信号量来同步不同的线程吗？

是的，信号量可以用来同步不同的线程，即使它们在不同的内核或处理器上运行。

4. 信号量会影响性能吗？

信号量的使用确实会引入一些开销，但通常比其他同步机制（例如互斥体）的开销要低。

5. 我可以在 Objective-C 和 Swift 中同时使用信号量吗？