多线程技术之 GCD 源码分析：栅栏函数、信号量揭秘

2024-01-09 09:43:06

大家好，欢迎来到我们的 iOS 底层原理探究系列。在上一篇文章中，我们深入剖析了 GCD 的串行队列和并发队列。今天，我们将继续深入 GCD 的源码，探究栅栏函数 dispatch_barrier_(a)sync 和信号量 dispatch_semaphore。

栅栏函数 `dispatch_barrier_(a)sync`

dispatch_barrier_(a)sync 函数是一种特殊的同步函数，它用于在并发队列中创建屏障，确保在屏障之前执行的任务全部完成之后，才能执行屏障之后的任务。

语法：

void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

参数：

queue：目标并发队列。
block：需要在屏障之前或之后执行的任务。

工作原理：

dispatch_barrier_(a)sync 函数通过以下步骤创建一个屏障：

将屏障任务添加到队列中。
等待屏障任务完成执行。
允许屏障之后的任务开始执行。

异步和同步：

dispatch_barrier_async 以异步方式创建屏障，这意味着屏障任务会在后台执行，而不会阻塞主线程。dispatch_barrier_sync 以同步方式创建屏障，这意味着屏障任务将在当前线程中执行，并且会在屏障之后的任务开始执行之前阻塞主线程。

示例：

以下代码创建一个并发队列并使用 dispatch_barrier_async 函数创建屏障：

dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("com.example.concurrentQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{
    // 屏障之前执行的任务
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^{
    // 屏障之后的任务
});

注意：

屏障函数只能用于并发队列。
屏障任务必须是最后一个添加到队列中的任务，否则屏障将不起作用。
dispatch_barrier_async 函数不会阻塞主线程，而 dispatch_barrier_sync 函数会阻塞主线程。

信号量 `dispatch_semaphore`

dispatch_semaphore 是一种同步机制，它用于控制对共享资源的访问。信号量可以初始化为 0 或大于 0 的值，表示资源的可用数量。

语法：

dispatch_semaphore_t dispatch_semaphore_create(long value);
long dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t semaphore, dispatch_time_t timeout);
long dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t semaphore);

参数：

value：信号量的初始值。
semaphore：目标信号量。
timeout：等待信号量的超时时间。

工作原理：

初始化：

dispatch_semaphore_create 函数初始化一个信号量，并将其初始值设置为 value。

等待：

dispatch_semaphore_wait 函数尝试获取信号量。如果信号量不可用（值为 0），该函数将阻塞当前线程，直到信号量变为可用或达到超时时间。如果在超时时间内信号量仍不可用，该函数将返回 -1。

释放：

dispatch_semaphore_signal 函数释放信号量，将信号量值增加 1。如果等待信号量的线程存在，则该线程将被唤醒。

示例：

以下代码创建一个信号量并使用它来控制对共享资源的访问：

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 获取信号量
    long result = dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    // 访问共享资源
    // ...
    // 释放信号量
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});

注意：

信号量可以用于任何类型的共享资源，例如数据结构、文件或网络连接。
信号量可以防止多个线程同时访问共享资源，从而避免数据竞争。
dispatch_semaphore_wait 函数可以指定超时时间，以防止线程无限期地阻塞。

总结

在本篇文章中，我们深入探讨了 GCD 中的栅栏函数 dispatch_barrier_(a)sync 和信号量 dispatch_semaphore。栅栏函数用于在并发队列中创建屏障，确保任务按照特定顺序执行。信号量用于控制对共享资源的访问，防止数据竞争。通过理解这些概念，我们可以编写出更健壮、更有效的并发代码。