iOS-dispatch_semaphore的使用

1、GCD信号量（dispatch_semaphore）简介

从dispatch_semaphore_t抽象概念上理解，它是用来记数的信号量。我们可以和系统的引用计数来类比，无非就是一个整型值的加加减减。
我们在利用GCD的信号量机制来处理一些日常功能的时候，主要会用到的方法有三个：

//创建一个信号量
dispatch_semaphore_create(long value);

//等待信号量，增加信号量计数
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout);

// 发送信号量，减少信号量计数
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema);

dispatch_semaphore_create(long value);和GCD的group等用法一致，这个函数是创建一个dispatch_semaphore_类型的信号量，并且创建的时候需要指定信号量的大小。
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout); 等待信号量。如果信号量值为0，那么该函数就会一直等待，也就是不返回（相当于阻塞当前线程），直到该函数等待的信号量的值大于等于1，该函数会对信号量的值进行减1操作，然后返回。
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t deem); 发送信号量。该函数会对信号量的值进行加1操作。

通常等待信号量和发送信号量的函数是成对出现的。并发执行任务时候，在当前任务执行之前，用dispatch_semaphore_wait函数进行等待（阻塞），直到上一个任务执行完毕后且通过dispatch_semaphore_signal函数发送信号量（使信号量的值加1），dispatch_semaphore_wait函数收到信号量之后判断信号量的值大于等于1，会再对信号量的值减1，然后当前任务可以执行，执行完毕当前任务后，再通过dispatch_semaphore_signal函数发送信号量（使信号量的值加1），通知执行下一个任务......如此一来，通过信号量，就达到了并发队列中的任务同步执行的要求。

2、用信号量机制使异步线程完成同步操作。

众所周知，并发队列中的任务，由异步线程执行的顺序是不确定的，两个任务分别由两个线程执行，很难控制哪个任务先执行完，哪个任务后执行完。但有时候确实有这样的需求：两个任务虽然是异步的，但仍需要同步执行。这时候，GCD信号量就可以大显身手了。

2.1异步函数+并发队列 实现同步操作
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("serial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"1111:%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"2222:%@",[NSThread currentThread]);
    });
    
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"3333:%@",[NSThread currentThread]);
    });

执行结果：


异步函数+并发队列 实现同步操作
2.2用GCD的信号量来实现异步线程同步操作
    dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"任务1：%@",[NSThread currentThread]);
        // 发送信号量
        dispatch_semaphore_signal(sem);
    });

    // 等待信号量
    dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"任务2：%@",[NSThread currentThread]);
        // 发送信号量
        dispatch_semaphore_signal(sem);
    });
    // 等待信号量
    dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"任务3：%@",[NSThread currentThread]);
    });

执行结果：


用GCD的信号量来实现异步线程同步操作

一般情况下，发送信号和等待信号是成对出现的。也就是说，一个dispatch_semaphore_signal(sem);对应一个dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
我们注意到：使用信号量实现异步线程同步操作时，虽然任务是一个接一个被同步（说同步并不准确）执行的，但因为是在并发队列，并不是所有的任务都是在同一个线程执行的（所以说同步并不准确）。上图中绿框中的任务2是在线程5中被执行的，而任务1和任务3是在线程4中被执行的。这有别于异步函数+串行队列的方式（异步函数+ 串行队列的方式中，所有的任务都是在同一个新线程被串行执行的）。
在此总结下，同步和异步决定了是否开启新线程（或者说是否具有开启新线程的能力），串行和并发决定了任务的执行方式——串行执行还是并发执行（或者说开启多少条新线程）

3、用信号量和异步线程组实现异步线程同步执行

使用异步组(dispatch group)可以实现在同一个组内的内务执行全部完毕之后再执行最后的处理。但是同一组内的block任务的执行顺序是不可控的。

3.1.异步组的常见用法
    //全局并发队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

    //线程组
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"异步任务1：线程%@",[NSThread currentThread]);
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"异步任务2：线程%@",[NSThread currentThread]);
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"异步任务3：线程%@",[NSThread currentThread]);
    });

    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"group内的三个任务执行完毕了");
    });

执行结果：


block任务的执行顺序不可控
3.2.信号量+异步组

不使用信号量的情况

    dispatch_group_t group_1 = dispatch_group_create();

    dispatch_queue_t queue_1 = dispatch_queue_create("test_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_group_async(group_1, queue_1, ^{
        NSLog(@"task1 begin: %@",[NSThread currentThread]);

        dispatch_async(queue_1, ^{
            NSLog(@"task1 finish: %@",[NSThread currentThread]);
        });
    });

    dispatch_group_async(group_1, queue_1, ^{
        NSLog(@"task2 begin: %@",[NSThread currentThread]);

        dispatch_async(queue_1, ^{
            NSLog(@"task2 finish: %@",[NSThread currentThread]);
        });
    });

    dispatch_group_notify(group_1, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"task1 and task2 all finish, refrash UI: %@",[NSThread currentThread]);
    });

使用信号量的情况

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("test_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

    dispatch_group_async(group, queue, ^{

        dispatch_semaphore_t sema = dispatch_semaphore_create(0);

        NSLog(@"task1 begin: %@",[NSThread currentThread]);

        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"task1 finish: %@",[NSThread currentThread]);
            dispatch_semaphore_signal(sema);
        });

        dispatch_semaphore_wait(sema, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{

        dispatch_semaphore_t sema = dispatch_semaphore_create(0);

        NSLog(@"task2 begin: %@",[NSThread currentThread]);

        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"task2 finish: %@",[NSThread currentThread]);
            dispatch_semaphore_signal(sema);
        });

        dispatch_semaphore_wait(sema, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    });

    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"task1 and task2 all finish, refrash UI: %@",[NSThread currentThread]);
    });
使用信号量的情况

虽然我们把两个任务（假设每个任务都叫做T）加到了异步组中，但是每个任务T又都有一个异步回调T'(这个异步的回调T'操作并不会立即触发，如果T'是一个网络请求的异步回调，这个回调的时机取决于网络数据返回的时间，有可能很快返回，有可能很久返回)，相当于每个任务T又都有自己的任务T'，加起来就是4个任务。因为异步组只对自己的任务T（block）负责，并不会对自己任务的任务T'（block中的block）负责，异步组把自己的任务执行完后会立即返回，并不会等待自己的任务的任务执行完毕。显然，上面这种在异步组中再异步的执行顺序是不可控的。

4、利用dispatch_semaphore_t将数据追加到数组
    //使用并发队列来更新数组，如果不使用信号量来进行控制，很有可能因为内存错误而导致程序异常崩溃。
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i+1]];
            NSLog(@"%@", [NSNumber numberWithInt:i+1]);
        });
    }
    
    
    //利用dispatch_semaphore_t将数据追加到数组则不会因为内存错误而导致程序异常崩溃。
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            dispatch_semaphore_signal(sem);
            [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i+1]];
            NSLog(@"%@", [NSNumber numberWithInt:i+1]);
            dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        });
    }
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