多线程中的栅栏函数、线程组和信号量: 一个全面的指南

2023-09-22 22:12:52

引言

多线程是现代编程中至关重要的技术, 使得应用程序能够利用多核处理器, 提高性能和响应能力. 然而, 多线程引入了一系列挑战, 包括竞态条件和死锁. 为了应对这些挑战, 开发了各种同步机制, 例如栅栏函数, 线程组和信号量.

栅栏函数

栅栏函数用于确保在多线程环境中执行顺序. 当一个线程调用栅栏函数时, 它将等待所有其他线程到达该点, 然后再继续执行. 栅栏函数通常用于同步关键任务, 例如在共享数据结构之前更新内存.

iOS和macOS中提供的一个常用栅栏函数是dispatch_barrier_async. 此函数将一个任务添加到并发队列, 并确保在所有其他任务之前执行.

dispatch_barrier_async(myQueue, ^{
    // 执行关键任务
});

线程组

线程组提供了一种管理和跟踪一组相关线程的方法. 线程组可用于等待所有线程完成, 或者在特定线程完成时接收通知.

使用dispatch_group_create创建线程组, 然后使用dispatch_group_enter和dispatch_group_leave跟踪线程的进入和离开.

dispatch_group_t myGroup = dispatch_group_create();
dispatch_group_enter(myGroup);
dispatch_async(myQueue, ^{
    // 执行任务
    dispatch_group_leave(myGroup);
});
dispatch_group_notify(myGroup, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 当所有线程完成时执行此块
});

信号量

信号量是一种低级同步机制, 可用于控制对共享资源的访问. 信号量有一个计数器, 该计数器表示可用的资源数. 当线程需要访问资源时, 它将递减计数器. 当计数器为零时, 后续线程将被阻塞, 直到另一个线程释放资源.

在iOS和macOS中, 使用dispatch_semaphore_create创建信号量.

dispatch_semaphore_t mySemaphore = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_semaphore_wait(mySemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 访问共享资源
dispatch_semaphore_signal(mySemaphore);

比较

栅栏函数, 线程组和信号量在不同情况下都有其优点和缺点. 下表总结了这些机制的主要差异:

机制	优点	缺点
栅栏函数	简单易用	不能用于跨队列同步
线程组	可用于跟踪和管理线程	较低级, 可能导致死锁
信号量	低级, 可用于细粒度控制	复杂, 可能导致优先级反转