多个网络请求ABC执行完再执行D的正确理解（GCD线程同步）

前言

我发现网络上很多介绍多线程的案例感觉都是错误的例子。也不能说错的，例如用异步并发队列的时候，他们只是打印了一个log，这种打印的行为本身就是同步任务，肯定按照最简单的例子进行打印了，看到的效果自然是很多文章所说的。但是如果你Block里面的任务是网络请求呢？还能保证网络异步任务的一致性？很显然大部分文章压根没有考虑任务的异步性，而且显示开发中大部分任务都是异步的，因此本文先从网上的同步任务，也就是比较简单的案例开始介绍，最后再通过一道阿里的面试题来引出实际开发中的问题，这个题目非常有代表性。

线程同步

同步异步并发串行什么的可以看看这个简单的介绍

阿里有个面试题

使用GCD如何实现A，B，C三个任务并发，完成后执行任务D？

// 异步 并发队列 当前线程不等待，而且任务是并发队列，一次可以执行多个
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 第一种 同步任务
        NSLog(@"同步任务打印1");
        // 第二种 网络请求发送任务 (发送这个操作是任务，而网络返回的报文是不归任务管理的，因此发送任务发送之后，任务已经结束)
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"异步任务返回报文打印1");
        });
    });

可以看到异步并发任务有两种，一种任务是同步的，一种任务是网络请求，发送操作是同步的，但是请求到的结果是异步的。阿里的面试题，肯定是后者异步并发队列里面的任务也是并发的操作，如何实现ABC三个网络请求都回来之后->执行D这样的操作？

异步并发（同步任务）

同步任务很简单，也是所有你能搜到的资料告诉你如何做到的几个方法。

第一种GCD group

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务A");
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务B");
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务C");
    });

    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"任务完成执行");
    });
//    2018-04-18 10:18:52.950271+0800 GCD[2283:78081] 同步任务B
//    2018-04-18 10:18:52.950271+0800 GCD[2283:78082] 同步任务C
//    2018-04-18 10:18:52.950273+0800 GCD[2283:78083] 同步任务A
//    2018-04-18 10:18:52.950424+0800 GCD[2283:78082] 任务完成执行

//    2018-04-18 10:19:30.821003+0800 GCD[2315:79354] 同步任务B
//    2018-04-18 10:19:30.821003+0800 GCD[2315:79355] 同步任务A
//    2018-04-18 10:19:30.821003+0800 GCD[2315:79370] 同步任务C
//    2018-04-18 10:19:30.821145+0800 GCD[2315:79355] 任务完成执行

可以看到，异步线程，并发队列里面，三个任务可以同时执行，因此打印顺序随机。但是由于打印的任务，这个打印的动作是同步的，没有再开线程有其他进一步的异步操作，所以你看起来好像没什么问题。

第二种 dispatch_barrier_async

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(0, DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任务A");
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任务B");
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任务C");
    });

    dispatch_barrier_async(queue, ^{
        NSLog(@"阻塞自定义并发队列");
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任务D");
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"任务E");
    });

注意，这里用到的dispatch_barrier_async如果使用的队列是dispatch_global_queue，那么就等同意dispatch_async，起不到阻塞的作用。我们需要自己创建并发队列，然后再执行barrier函数，前面ABC三个任务随机，后面DE随机，但是DE的执行必须是等待ABC任务执行完的。

第三种 NSOperation

NSBlockOperation *operatioon1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"任务A");
    }];

    NSBlockOperation *operatioon2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"任务B");
    }];

    NSBlockOperation *operatioon3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"任务C");
    }];

    NSBlockOperation *operatioon4 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"任务D");
    }];

    [operatioon4 addDependency:operatioon1];
    [operatioon4 addDependency:operatioon2];
    [operatioon4 addDependency:operatioon3];

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [queue addOperations:@[operatioon1,operatioon2,operatioon3,operatioon4] waitUntilFinished:YES];
    NSLog(@"完成之后的操作");

通过任务之间的依赖关系执行，最后的参数YES的时候是会阻塞当前线程，执行完之后再往后执行，NO的话就不阻塞

可以看到，上面的都是异步并发操作，而里面的任务是同步的，这里的任务指的是Block里面的所有操作，但是如果Block里面的操作是网络请求，也是异步的，那上面的做法就会有问题了，看如下代码

错误例子

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务A");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络异步任务AA");
        });
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务B");
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务C");
    });

    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"任务完成执行");
    });
//    2018-04-18 10:53:16.294263+0800 GCD[3287:115681] 同步任务B
//    2018-04-18 10:53:16.294263+0800 GCD[3287:115679] 同步任务C
//    2018-04-18 10:53:16.294263+0800 GCD[3287:115699] 同步任务A
//    2018-04-18 10:53:16.294430+0800 GCD[3287:115699] 任务完成执行
//    2018-04-18 10:53:18.294592+0800 GCD[3287:115646] 网络异步任务AA

用dispatch_after来模拟网络请求，可以看到，同步任务ABC->D这些操作还是正确的，但是里面有个模拟网络请求的任务，就不会按我们所想的顺序执行了。为什么呢？很简单，首先都是异步的，子线程操作，而且是并发队列，那么任务可以多个一起，如果任务是单纯的打印，即同步任务，那么就能完成我们的预期，如果Block任务里面还嵌套异步任务，因为并发队列里面的任务，只是负责打印和发送请求的操作，异步回调数据是不归队列管的，任务的执行完毕，只是Block代码块代码执行完，如果里面还包含异步任务，这里就需要通过信号量dispatch_semaphore来实现了。

下面就来实现如果并发队列里面的任务是网络请求，如何等ABC三个网络请求回调之后，再执行D？

先来介绍下Dispatch_semaphore的使用

dispatch_semaphore是GCD用来同步的一种方式，与他相关的共有三个函数，分别是dispatch_semaphore_create，dispatch_semaphore_signal，dispatch_semaphore_wait，信号量1的时候一般都当做锁来看待。

参考文章：关于dispatch_semaphore的使用

异步并发（模拟网络异步任务）

子线程同时执行ABC三个同步任务、全部执行完成再在子线程执行三个同步任务D。

说队列组/依赖基本可以确定了解GCD/NSOpertion。但是比较麻烦、用线程栅栏dispatch_barrier的话会更简便一些

这个就是上面的同步介绍面试题

上一题中的ABC三个任务改成异步任务(如AFN网络请求)、全部回调成功后进行数据整合。
如果只说队列/任务组肯定不行。因为网络请求本身是异步的、任务会立即完成、但数据还没有回来。
最好的就是在队列组的前提下。把异步的网络请求转化为同步、以捕获正确的完成时机。
具体操作需要使用信号量。

这里有个帖子有介绍这个，但是没有具体Demo，下面看看如何组合信号量实现的

第一种 dispatch_group + semaphore

    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务A");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络异步任务一");
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{

        NSLog(@"同步任务B");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(0.8f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络异步任务二");
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务C");
    });

    dispatch_group_async(group, queue, ^{

        NSLog(@"同步任务D");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.5f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络异步任务四");
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    });

    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"任务完成执行");
    });

image

分析如下：

异步并发队列，里面添加了四个任务，任务AB有网络请求，C同步任务打印，D也有网络请求，如何在ABCD四个任务完成，而且网络请求也完成之后执行之后的操作？

可以看到，Block整个就是一个任务，如果没有dispatch_semaphore_wait，带有网络请求的任务，因为网络请求本身是异步的、任务会立即完成、但数据还没有回来。，因为发送网络请求，就已经把Block的任务完成了，异步回来的操作已经不属于并发队列里面的管理的任务了。就和上面的错误例子一样，完成任务的执行，和请求回调没有任何顺序关系了。那么如果我们在Block里面加了dispatch_semaphore_wait，什么意思呢？如果信号量为0的时候，那么就会一直在这里等待。可以理解为一开始发送网络请求出去，这个时候执行到wait函数，信号量为0，等待，队列任务没有执行完，只有当请求回来的时候调用singnal的时候，信号+1，wait的函数随机获取到信号，放开任务，执行完毕一个，剩下的没有获取到的信号继续等待，那么就会按我们的，执行完一个网络请求，信号+1，释放一个wait，执行完一个Block任务，那么，当所有的网络请求执行完，所有的wait都被释放，任务都完成了，才会通知Group调用完成。

第二种 dispatch_group_enter 和 dispatch_group_leave

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务A");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络异步任务一");
            dispatch_group_leave(group);
        });
    });

    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{

        NSLog(@"同步任务B");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(0.8f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络异步任务二");
            dispatch_group_leave(group);
        });
    });
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        NSLog(@"同步任务C");
        dispatch_group_leave(group);
    });

    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_group_async(group, queue, ^{

        NSLog(@"同步任务D");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.5f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络异步任务四");
            dispatch_group_leave(group);
        });
    });

    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        NSLog(@"任务完成执行");
    });

这种方法也是我之前项目中用的，也能实现上面的执行顺序。

ABCD异步顺序随机，无论任务是否有异步，都会等任务执行完（包括网络请求）再执行任务完成

异步串行（同步任务）

这个没什么好说的，同步任务，在串行队列，肯定顺序执行

异步串行（异步任务）

但是如果串行队列里面的任务是网络请求如何，再让等网络请求回调之后也顺序执行？

看代码不做处理

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(0, DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"执行任务一");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络任务一");
        });
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"执行任务二");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(0.6 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络任务二");
        });
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"执行任务三");
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        NSLog(@"执行完成");
    });
    2018-04-18 12:11:04.956900+0800 GCD[4889:182340] 执行任务一
    2018-04-18 12:11:04.957076+0800 GCD[4889:182340] 执行任务二
    2018-04-18 12:11:04.957183+0800 GCD[4889:182340] 执行任务三
    2018-04-18 12:11:04.957290+0800 GCD[4889:182340] 执行完成
    2018-04-18 12:11:05.557397+0800 GCD[4889:182291] 网络任务二
    2018-04-18 12:11:07.156658+0800 GCD[4889:182291] 网络任务一

可以看到串行队列任务执行是顺序的，但是异步网络请求回调是不按顺序的。下面我们用dispatch_semaphore处理下

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create(0, DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务一");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0f * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络任务一");
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务二");
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(0.6 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"网络任务二");
            dispatch_semaphore_signal(semaphore);
        });
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行任务三");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });

    dispatch_async(queue, ^{
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"执行完成");
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });

    2018-04-18 13:54:20.412918+0800 GCD[6841:262952] 执行任务一
    2018-04-18 13:54:22.413131+0800 GCD[6841:262916] 网络任务一
    2018-04-18 13:54:22.413369+0800 GCD[6841:262952] 执行任务二
    2018-04-18 13:54:23.073214+0800 GCD[6841:262916] 网络任务二
    2018-04-18 13:54:23.073512+0800 GCD[6841:262952] 执行任务三
    2018-04-18 13:54:23.073697+0800 GCD[6841:262952] 执行完成

当异步串行队列，而且任务有网络异步请求，我们需要用信号量，每次开放一个任务，当一个任务无论是同步还是异步，都是操作完之后再把信号量+1，然后下一个任务才会解锁。这里的信号量可以当做锁来理解。

总结

异步并发执行同步任务，可以用dispatch_group,dispatch_barrier和NSOperation的依赖

异步串行执行同步任务，默认就是顺序执行

异步并发执行异步任务，可以用dispatch_group+semaphore 初始化信号为0，执行完一个异步通过singnal释放一个wait任务

或者用disaptch_group_enter 和 dispatch_group_leave

异步串行执行异步任务，可以用dispatch_semaphore 初始化信号为1，顺序执行任务，每个任务都加锁，执行任务消耗锁，顺延任务等待，执行完一个任务，singnal，然后下一个任务开锁顺序执行

如果多个任务网络请求，NSOperation我感觉无法实现多网络任务执行完之后再最终统一执行某一个人任务。这个时候只有用dispatch_group + semaphore来实现

延伸阅读：

多线程面试题

一个的好文章

dispatch_semaphore

NSOperation

作者：半岛夏天
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