iOS多线程学习小记『GCD的API之Dispatch Semaphore』

3.2.11 Dispatch Semaphore

如前所述，当并行执行的处理更新数据时，会产生数据不一致的情况，有时应用程序还会异常结束。虽然使用Serial Dispatch Queue和dispatch_barrier_async 函数可避免这类问题，但有必要进行更细粒度的排他控制。

*我们来思考一下这种情况：不考虑顺序，将所有数据追加到NSMultableArray中。

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    NSMutableArray *array = [[NSMutableArray alloc] init];
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
           //直接使用dispatch_async，执行后由内存错误导致程序异常结束的概率很高
            [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]];
            NSLog(@"正在执行%d",i);

        });
    }

• 因为该源代码使用Global Dispatch Queue更新 NSMutableArray 类对象，所以执行后由内存错误导致应用程序异常结束的概率很高。此时应使用Dispatch Semaphore.

Dispatch Semaphore本来使用的是更细粒度的对象，不过本书还是使用该源代码对Dispatch Semaphore 进行说明。

Dispatch Semaphore是持有计数的信号，该计数是多线程编程中的计数类型信号。所有信号。类似于过马路时常用的手旗。可以通过时举起手旗，不可通过时放下手旗。而在Dispatch Semaphore中，使用计数来时实现该功能。计数为0时等待，计数为1或大于1时，减去1而不等待。

• 下面介绍一下使用方法。通过dispatch_semaphore_create函数生成Dispatch Semaphore.

    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);

• 参数表示计数的初始值。本例将计数值初始化为“1”。从函数名称中含有的create可以看出，改函数与Dispatch Queue 和 Dispatch Group一样，必须通过 dispatch_release 函数释放。当然，也可以通过dispatch_retain函数持有。

dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);

• dispatch_semaphore_wait函数等待Dispatch Semaphore的计数值达到大于或等于1。当计数值大于等于1，或者在待机中计数值大于等于1时，对该计数进行减法并从dispatch_semaphore_wait函数返回。
  第二个参数与dispatch_group_wait函数等相同，由dispatch_time_t类型值指定等待时间。该例的参数一位置永久等待。
  另外，dispatch_semaphore_wait函数的返回值与dispatch_group_wait函数相同。可像以下源代码这样，通过返回值进行分支处理。

    dispatch_time_t time = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1ull *NSEC_PER_SEC);
    long result = dispatch_semaphore_wait(semaphore, time);
    if (result == 0) {
        /**
         由于Dispatch Semaphore的计数值达到大于等于1或者在待机中的指定时间内Dispatch Semaphore的计数值达到大于等于1
         所以Dispatch Semaphore的计数值减1.
         可执行需要进行排他控制的处理
         */
        NSLog(@"000");
    }else {
        /**
        由于Dispatch Semaphore的计数值为0
        因此在达到指定时间为止待机
         */
        NSLog(@"111");
    }

• 使用注意事项：正常的使用顺序是先降低(wait)然后再提高(signal)，这两个函数通常成对使用。　上方代码显然signal函数缺失，会引起程序异常。

• dispatch_semaphore_wait 函数返回0时，可安全地执行需要排他控制的处理。该处理结束时通过dispatch_semaphore_signal 函数将Dispatch Semaphore的计数值加1.
  完整的调用代码如下：

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
    
    NSMutableArray *array = [[NSMutableArray alloc] init];
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
//        直接使用dispatch_async，执行后由内存错误导致程序异常结束的概率很高
        dispatch_async(queue, ^{
            
            /**
             等待Dispatch Semaphore
             一直等待，直到Dispatch Semaphore的计数值达到大于等于1
             */
            dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
            
            /**
             由于Dispatch Semaphore 的计数值达到大于等于1
             所以讲Dispatch Semaphore的计数值减去1，
             dispatch_semaphore_wait函数执行返回。
             即：执行到此时的Dispatch Semaphore的计数值恒为 0.
             由于可访问NSMutableArray类对象的线程只有1个
             因此可安全的进行更新
            */
            [array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]];
            NSLog(@"正在执行%d",i);
            /**
             排他控制处理结束
             所以通过dispatch_semaphore_signal函数
             将Dispatch Semaphore的计数值加1
             如果有通过dispatch_semaphore_wait函数等待Dispatch Semaphore的计数值增加的线程，就由最先等待的线程执行。
             */
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    }

在没有Serial Dispatch Queue 和 dispatch_barrier_async函数那么大粒度且一部分处理需要进行排他控制的情况下，Dispatch Semaphore变可发挥威力。

参考博文：
iOS GCD中级篇 - dispatch_semaphore（信号量）的理解及使用