GCD源码揭秘：信号量dispatch_semaphore_t的幕后操作

2023-09-08 09:05:18

深入探索GCD中的信号量：dispatch_semaphore_t

在多线程编程的世界中，协调不同线程之间的访问和同步至关重要。GCD（Grand Central Dispatch）为我们提供了强大的工具，其中信号量dispatch_semaphore_t在确保线程安全和资源管理方面发挥着至关重要的作用。本文将带你深入探索信号量的内部运作机制，帮助你掌握这项基本的多线程技术。

信号量的本质

本质上，信号量是一种计数器，用于协调对共享资源的访问。当信号量值为正时，表示资源可用，线程可以继续执行。当信号量值为零时，则表示资源已被占用，线程必须等待，直到信号量值增加才能继续执行。信号量类似于交通信号灯，控制着线程对资源的流动。

GCD中的信号量

GCD中信号量的底层实现是一个抽象层，为我们提供了对信号量操作的高级接口，包括创建、释放、等待和发送信号等操作。

创建信号量：

dispatch_semaphore_t dispatch_semaphore_create(long value);

此函数创建一个新的信号量，并将其初始值设置为指定的value。

释放信号量：

void dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t semaphore);

此函数将信号量值增加1，表示资源已释放，类似于绿灯亮起。

等待信号量：

long dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t semaphore, dispatch_time_t timeout);

此函数使当前线程等待信号量，直到信号量值为正。如果在指定超时时间内信号量仍为零，则返回一个错误代码。线程将被挂起，等待绿灯亮起。

发送信号量：

void dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t semaphore);

此函数将信号量值减少1，表示资源已被占用，类似于红灯亮起。

源码分析

深入研究GCD的源码，我们可以更深入地了解信号量的工作原理。

创建信号量：

static dispatch_semaphore_t _dispatch_semaphore_create(long value) {
    dispatch_semaphore_t semaphore = malloc(sizeof(struct dispatch_semaphore_s));
    if (semaphore == NULL) return NULL;
    semaphore->_state = (int32_t)value;
    return semaphore;
}

此函数分配内存并初始化信号量结构，将初始值设置为指定的value。

释放信号量：

void _dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t semaphore) {
    semaphore->_state++;
    dispatch_notify(semaphore, DISPATCH_OBJECT_CONSUMED);
}

此函数将信号量值增加1，并通知所有等待的线程。就像交通信号灯中的传感器检测到车辆已通过并切换到绿灯一样。

等待信号量：

long _dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t semaphore, dispatch_time_t timeout) {
    // 检查信号量值是否为正
    if (semaphore->_state > 0) {
        semaphore->_state--;
        return 0;
    }
    // 设置超时时间
    dispatch_time_t start = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 0);
    dispatch_time_t end = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, timeout);
    // 等待信号量释放
    while (semaphore->_state <= 0) {
        if (dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 0) >= end) {
            return ETIMEDOUT;
        }
        dispatch_wait(semaphore, start);
        start = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 0);
    }
    semaphore->_state--;
    return 0;
}