iOS-关于GCD信号量那些事儿

随便说说

其实gcd大家都有接触过，也不在解释gcd是什么，为什么突然想说信号量问题，最近这几次面试，当我问到面试者怎么处理多个请求完成后的一系列操作时，有的说造一个临时变量的做追加，其实这样可以，也算是信号量的基本逻辑，有的说用线程做延时操作，怎么延时，怎么操作说的不清楚，有少部分会提到gcd信号量，但是可能说不出来怎么操作，通过信号量的增加与递减，进行网络的并发请求，最后再做网络请求完成后的最终处理；其实实际上大家在做的时候，在网上一搜，基本都能找到；

gcd信号量的应用场景，一般是控制最大并发量，控制资源的同步访问，如数据访问，网络同步加载等。

需求1：多个网络请求完成后（无序）执行下一步 

先看下如果不用gcd线程组或信号量会怎么执行

- (void)dispatchsyncsignal{
    nsstring *urlstring = @"http://www.baidu.com";
    nsurl *url = [nsurl urlwithstring:urlstring];
    nsurlrequest *request = [nsurlrequest requestwithurl:url];
    nsurlsession *session = [nsurlsession sharedsession];
    
    for (int i=0; i<5; i++) {
        nsurlsessiondatatask *task = [session datataskwithrequest:request completionhandler:^(nsdata * _nullable data, nsurlresponse * _nullable response, nserror * _nullable error) {
            nslog(@"请求回调 %d---%d",i,i);
            
        }];
        
        [task resume];
    }
    nslog(@"end");
}

运行后后台打印输出：

    

从上面两次打印结果看出，end 先执行，由于网络请求的异步回调，然后各个网络请求的回调顺序是无序的。下面针对需求进行操作；

使用gcd的线程组 dispatch_group_t

- (void)dispatchsyncsignal1{
    //创建线程组
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    nsstring *urlstring = @"http://www.baidu.com";
    nsurl *url = [nsurl urlwithstring:urlstring];
    nsurlrequest *request = [nsurlrequest requestwithurl:url];
    nsurlsession *session = [nsurlsession sharedsession];
    
    for (int i=0; i<5; i++) {
        dispatch_group_enter(group);
        nsurlsessiondatatask *task = [session datataskwithrequest:request completionhandler:^(nsdata * _nullable data, nsurlresponse * _nullable response, nserror * _nullable error) {
            nslog(@"请求回调 %d---%d",i,i);
            dispatch_group_leave(group);
        }];
        
        [task resume];
    }
    
    dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        nslog(@"end");
    });
}

运行后后台打印输出：

   

从两次打印输出结果可以看出，end 是在所有网络请求之后才输出，符合了我们的需求。然后说下用到的相关方法：

dispatch_group_create(); 创建一个dispatch_group_t；

dispatch_group_enter(); 每次网络请求前调用；

dispatch_group_leave(); 每次网络请求后调用；

dispatch_group_enter(); 和 dispatch_group_leave(); 必须配合使用，有几次enter就要有几次leave；

然后当所有dispatch_group_enter(); 的 block 都 dispatch_group_leave(); 后，会执行dispatch_group_notify的block。

使用gcd的信号量 semaphore_t

- (void)dispatchsyncsignal2{
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);

    nsstring *urlstring = @"http://www.baidu.com";
    nsurl *url = [nsurl urlwithstring:urlstring];
    nsurlrequest *request = [nsurlrequest requestwithurl:url];
    nsurlsession *session = [nsurlsession sharedsession];
    
   __block nsinteger count = 0;
    
    for (int i=0; i<5; i++) {
        
        nsurlsessiondatatask *task = [session datataskwithrequest:request completionhandler:^(nsdata * _nullable data, nsurlresponse * _nullable response, nserror * _nullable error) {
            nslog(@"请求回调 %d---%d",i,i);
            count = count + 1;
            if (count == 5) {
                dispatch_semaphore_signal(semaphore);
                count = 0;
            }
        }];
        
        [task resume];
    }
    
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, dispatch_time_forever);
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        nslog(@"end");
    });
}

运行后后台打印输出：

  

从两次打印输出结果可以看出，end 也是在所有网络请求之后才输出，也符合了我们的需求。然后说下用到的相关方法：

dispatch_semaphore 信号量如果计数为0，则等待。dispatch_semaphore_signal(semaphore)为计数+1，dispatch_semaphore_wait(sema, dispatch_time_forever)为设置等待时间，这里设置的等待时间是永远等待。对于以上代码通俗一点讲就是，开始为0，等待，等5个网络请求都完成了，计数+1，然后计数-1返回，程序继续执行，count变量，记录网络回调的次数，回调5次之后再发信号量，使后面程序继续运行。

需求2：多个网络请求完成后（按顺序）执行下一步 

如果按照需求1的方式，让多个网络请求按顺序执行完后，再进行下一步操作，那又应该怎么执行，当然还可以用信号量来操作：

- (void)dispatchsignal3{
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    nsstring *urlstring = @"http://www.baidu.com";
    nsurl *url = [nsurl urlwithstring:urlstring];
    nsurlrequest *request = [nsurlrequest requestwithurl:url];
    nsurlsession *session = [nsurlsession sharedsession];
    for (int i=0; i<5; i++) {
        nsurlsessiondatatask *task = [session datataskwithrequest:request completionhandler:^(nsdata * _nullable data, nsurlresponse * _nullable response, nserror * _nullable error) {
            nslog(@"请求回调 %d---%d",i,i);
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        }];
        [task resume];
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, dispatch_time_forever);
    }

    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        nslog(@"end");
    });
}

运行后后台打印输出：

  

从两次打印输出结果可以看出，所有网络请求按顺序依次执行，end 在所有请求完成后输出，符合了我们的需求。

方法中每一次遍历，都执行以下 dispatch_semaphore_wait()，这个时候线程会等待，阻塞当前线程，直到dispatch_semaphore_signal(sem)调用之后，再继续下一次遍历。

简单说说 

信号量是用于多线程同步的，跟锁不一样的是，信号量不一定是锁定某一个资源，而是流程上的概念，比如：有a、b两个线程，b线程要等a线程完成某一任务以后再进行自己下面的步骤，这个任务 并不一定是锁定某一资源，其实还可以是进行一些计算或者数据处理之类；

下面再通过做一个基于 nsobject 的生产者、消费者的 xkgraderoom 工作间，看下信号量的用法，我们可以给生产间定一个最大生产量（这里定2个），毕竟生产间也不能无限制的生产，通过生产者与消费者关系，合理的对生产间的产量进行把控，在产量达到最大产量时，就停止生产，等待消费者消费。

xkgraderoom.h

#import <foundation/foundation.h>

/**
 生产消费工作间
 */
@interface xkgraderoom : nsobject

/**
 生产
 */
- (void)xk_produce:(nsstring *)sp;

/**
 消费

 @return nsstring
 */
- (nsstring*)xk_comsumer;
@end

xkgraderoom.m

#import "xkgraderoom.h"
@interface xkgraderoom()
/**
 仓库
 */
@property(strong,nonatomic) nsmutablearray* basearray;

/**
 访问仓库（临界区）的互斥访问信号量
 */
@property(strong,nonatomic) dispatch_semaphore_t criticalsemaphore;

/**
 消费者-是否消费仓库对象的标记
 */
@property(strong,nonatomic) dispatch_semaphore_t comsumersemaphore;

/**
 生产者-是否生产对象的标记
 */
@property(strong,nonatomic) dispatch_semaphore_t productsemaphore;

/**
 仓库装载最大量
 */
@property(nonatomic,assign) int maxproductcount;

@end
@implementation xkgraderoom
- (instancetype)init{
    self = [super init];
    if (self) {
        [self setup];
    }
    return self;
}
- (void)setup{
    _maxproductcount = 2;
    self.basearray = [nsmutablearray array];
    self.productsemaphore = dispatch_semaphore_create(_maxproductcount);
    self.comsumersemaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    //初始化临界区互斥访问信号量,用信号量实现互斥,特殊初始值为1.
    //控制同一时刻只有一个线程对象在访问仓库
    self.criticalsemaphore = dispatch_semaphore_create(1);
}


/**
 生产
 */
-(void)xk_produce:(nsstring *)sp{
   //先获取访问仓库的信号量
    long basecount = dispatch_semaphore_wait(self.criticalsemaphore,  5 * nsec_per_sec);
    if(basecount != 0){
        nslog(@"仓库有人正在使用，生产者处于等待");
    }else{
        //再判断 仓库是否还有可放物品的空间
        long maxspacecount = dispatch_semaphore_wait(self.productsemaphore, 5 * nsec_per_sec);
        
        if(maxspacecount != 0){
            nslog(@"仓库%d个空间已经使用完，生产者处于等待：仓库容量:%lu",_maxproductcount,[self.basearray count]);
            //生产完了释放临界区的访问锁
            dispatch_semaphore_signal(self.criticalsemaphore);
        }else{
            
            [self.basearray addobject:sp];
             nslog(@"新生产一个,仓库目前有：%lu",[self.basearray count]);
            dispatch_semaphore_signal(self.criticalsemaphore);
            dispatch_semaphore_signal(self.comsumersemaphore);
          
        }
    }
}

/**
 消费
 
 @return nsstring
 */
-(nsstring*)xk_comsumer{
    nsstring* e = nil;
    long basecount = dispatch_semaphore_wait(self.criticalsemaphore, 5 * nsec_per_sec);        //先获取访问仓库的信号量
    if(basecount != 0){
        nslog(@"仓库有人正在使用，消费者处于等待");
    }else{
        //再判断 仓库是否还有可取，如果有物品，则取一个出来，否则t等待
        long avablecount = dispatch_semaphore_wait(self.comsumersemaphore, 5 * nsec_per_sec);
        if(avablecount != 0){
            nslog(@"空仓，消费者处于等待");
            //生产完了释放临界区的访问锁
            dispatch_semaphore_signal(self.criticalsemaphore);
        }else{
            e = [self.basearray objectatindex:[self.basearray count] -1];
            [self.basearray removelastobject];
            nslog(@"消费了:%@ 仓库还有%lu:",e,[self.basearray count]);
            //生产完了释放临界区的访问锁
            dispatch_semaphore_signal(self.criticalsemaphore);
            //将仓库中的可放置的数量 +1
            dispatch_semaphore_signal(self.productsemaphore);
        }
    }
    return e;
}
@end

下面测试下这个工作间

xkgraderoom * graderoom = [xkgraderoom new];
    
    //创建一个mydispatchqueue，主要是用于防止资源的竞争，一个线程处使用完资源，然后另外一个才能继续使用
    dispatch_queue_t mydispatchqueue =  dispatch_queue_create("com.example.gcd,mydispatchqueue", null);
    dispatch_async(mydispatchqueue, ^{
        [graderoom xk_produce:@"queue1"];
        nslog(@"queue1-执行完毕");
    });
    dispatch_async(mydispatchqueue, ^{
        [graderoom xk_comsumer];
        nslog(@"queue2-执行完毕");
    });
    dispatch_async(mydispatchqueue, ^{
        [graderoom xk_comsumer];
        nslog(@"queue3-执行完毕");
    });
    dispatch_async(mydispatchqueue, ^{
        [graderoom xk_produce:@"queue4"];
        nslog(@"queue4-执行完毕");
    });
    dispatch_async(mydispatchqueue, ^{
        [graderoom xk_produce:@"queue5"];
        nslog(@"queue5-执行完毕");
    });
    dispatch_async(mydispatchqueue, ^{
        [graderoom xk_produce:@"queue6"];
        nslog(@"queue6-执行完毕");
    });
    
    dispatch_async(mydispatchqueue, ^{
        [graderoom xk_comsumer];
        [graderoom xk_comsumer];
        [graderoom xk_comsumer];
        [graderoom xk_comsumer];
        nslog(@"queue7-执行完毕");
    });

打印结果：