返回

队列、同步/异步函数、单例、信号量和调度组的底层原理分析

IOS

GCD（Grand Central Dispatch）是 macOS 和 iOS 中线程管理的基石。它提供了一组强大的 API，可用于创建和管理线程、同步和异步任务，以及构建复杂的并发程序。本文将深入剖析 GCD 的底层原理，探讨队列、同步/异步函数、单例、信号量和调度组的工作原理。

队列

创建队列

GCD 队列是任务执行的容器。要创建队列，请使用 dispatch_queue_create 函数。此函数需要两个参数：

  • 名称： 唯一标识队列的字符串。
  • 属性： 指定队列类型的标志。

队列类型

GCD 提供了各种队列类型，每种类型都有自己独特的特性：

  • 并行队列： 并行执行任务，可用于执行独立的任务。
  • 串行队列： 串行执行任务，用于按顺序执行依赖的任务。
  • 主队列： 应用程序的主线程，用于更新 UI 和处理用户交互。

同步和异步队列

队列还可以分为同步队列和异步队列：

  • 同步队列： 在提交新任务之前等待当前任务完成。
  • 异步队列： 立即提交新任务，而无需等待当前任务完成。

同步和异步函数

同步函数

同步函数会在当前线程中立即执行，并且在函数返回之前等待结果。例如：

int result = dispatch_sync(my_queue, ^{
  // 执行同步任务
  return 42;
});

异步函数

异步函数会在后台线程中执行，并且在函数返回后立即继续执行。例如：

dispatch_async(my_queue, ^{
  // 执行异步任务
});

GCD 提供了多种用于创建和管理同步和异步函数的函数，例如 dispatch_sync、dispatch_async 和 dispatch_apply。

单例

创建单例

单例是全局可访问的对象，只有一个实例。在 GCD 中，可以使用 dispatch_once 函数创建单例：

static void initialize_singleton() {
  // 初始化单例
}

void get_singleton() {
  static dispatch_once_t once_token;
  dispatch_once(&once_token, initialize_singleton);
}

使用单例

一旦单例初始化，就可以通过调用 get_singleton 函数来访问它。

信号量

创建信号量

信号量是一种同步原语，用于限制并发访问资源。要创建信号量，请使用 dispatch_semaphore_create 函数。此函数需要一个参数：

  • 值： 初始信号量值。

使用信号量

要使用信号量，请使用 dispatch_semaphore_wait 和 dispatch_semaphore_signal 函数：

  • dispatch_semaphore_wait：使当前线程等待信号量值大于 0。
  • dispatch_semaphore_signal：将信号量值加 1，可能唤醒等待的线程。

调度组

创建调度组

调度组是一种同步原语，用于跟踪一组任务的执行情况。要创建调度组，请使用 dispatch_group_create 函数。

使用调度组

要使用调度组，请使用 dispatch_group_enter 和 dispatch_group_leave 函数：

  • dispatch_group_enter：进入调度组。
  • dispatch_group_leave：离开调度组并通知组中剩余的任务。

当调度组中的所有任务都完成时，可以调用 dispatch_group_wait 函数等待所有任务完成。

结束语

GCD 提供了一套强大的 API，用于管理线程、同步和异步任务，以及构建复杂的并发程序。本文深入分析了 GCD 的底层原理，包括队列、同步/异步函数、单例、信号量和调度组。了解这些原理对于构建高性能、可扩展和可维护的并发应用程序至关重要。

相关资源