揭秘 GCD 的核心：dispatch_semaphore 信号量

2024-02-13 13:49:35

对于 iOS 和 macOS 开发者而言，GCD（Grand Central Dispatch）无疑是构建并发程序的基石。在深入研究 dispatch_queue 之后，我们踏入信号量（semaphore）的世界——dispatch_semaphore。信号量在 GCD 中扮演着至关重要的角色，因此了解其运作原理对于掌握 GCD 至关重要。

信号量的定义

信号量是一种同步机制，用于控制对共享资源的访问。它通过一个计数器来实现，该计数器表示资源的可用性。当计数器大于零时，资源可用；当计数器为零时，资源不可用。

dispatch_semaphore 的运作方式

dispatch_semaphore 是 GCD 提供的信号量实现。它通过以下函数来管理信号量：

dispatch_semaphore_create(long value)：创建一个新的信号量，其中 value 指定初始计数器值。
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t semaphore)：递增信号量的计数器。
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t semaphore, dispatch_time_t timeout)：递减信号量的计数器，如果计数器为零，则阻塞线程直到计数器大于零或超时。

信号量在 GCD 中的应用

信号量在 GCD 中有着广泛的应用。最常见的一个应用是控制对共享资源（例如队列或数据结构）的访问。通过使用信号量，我们可以确保只有一个线程可以同时访问共享资源，从而避免并发问题。

另一个应用是同步多个线程的执行。例如，我们可以使用信号量来确保在执行特定任务之前，所有依赖任务都已完成。

理解信号量代码

为了进一步理解信号量的运作方式，让我们深入研究 dispatch_semaphore 的代码。在 GCD 的源代码中，dispatch_semaphore 定义如下：

struct dispatch_semaphore_s {
    DISPATCH_STRUCT_HEADER(dispatch_semaphore_s, _os_unfair_lock_s);
    uint64_t _value;
    long _waiters;
};

这个结构包含三个字段：

_value：信号量的计数器。
_os_unfair_lock_s：一个不公平锁，用于保护信号量免受并发访问。
_waiters：一个计数器，表示正在等待信号量递增的线程数。

信号量的使用示例

下面是一个使用信号量控制对共享资源访问的简单示例：

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    // 在这里访问共享资源
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    // 在这里访问共享资源
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});