iOS底层探索之多线程—GCD源码分析( 信号量dispatch_semaphore_t)

Posted 2021-09-08 卡卡西Sensei

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在上篇博客已经对GCD的栅栏函数做了一个基本介绍，还有应用的举例并且对底层源码进行了分析，本篇博客将对信号量进行探索分析！

iOS底层探索之多线程(一)—进程和线程

iOS底层探索之多线程(二)—线程和锁

iOS底层探索之多线程(三)—初识GCD

iOS底层探索之多线程(四)—GCD的队列

iOS底层探索之多线程(五)—GCD不同队列源码分析

iOS底层探索之多线程(六)—GCD源码分析(sync 同步函数、async 异步函数)

iOS底层探索之多线程(七)—GCD源码分析(死锁的原因)

iOS底层探索之多线程(八)—GCD源码分析(函数的同步性、异步性、单例)

iOS底层探索之多线程(九)—GCD源码分析(栅栏函数)

1. 信号量

1.1 信号量介绍

信号量在GCD中是指Dispatch Semaphore，是一种持有计数的信号的东西。有如下三个方法。

• dispatch_semaphore_create : 创建信号量
• dispatch_semaphore_wait : 信号量等待
• dispatch_semaphore_signal : 信号量释放

1.2 信号量举例

在并发队列里面，可以使用信号量控制，最大并发数，如下代码：

• 信号量举例打印结果

这里一共创建了 4 个任务，异步并发执行，我在创建信号量的时候，设置了最大并发数为2

  dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(2);

从运行的动图，可以看到，每次都是两个任务一起执行了，打印的结果一目了然。

那么再举个例子看看，设置信号量并发数为0

设置信号量并发数为0，就相当于加锁的作用，dispatch_semaphore_wait堵住了任务1让其等待，等任务 2执行完了，dispatch_semaphore_signal发送信号，我执行完了，你去执行吧！

这样到底信号量是怎么样等待，又是怎么样发送信号的呢？

2. 信号量分析

看看dispatch_semaphore_create的 api的说明

• 当两个线程需要协调特定事件的完成时，为该值传递0很有用。
• 传递大于0的值对于管理有限的资源池很有用，其中池大小等于该值。
• 信号量的起始值。 传递小于信号量的起始值。 传递小于零的值将导致返回 NULL。的值将导致返回 NULL，也就是小于0就不会正常执行。

总结来说，就是可以控制线程池中的最多并发数量

2.1 dispatch_semaphore_signal

• dispatch_semaphore_signal

• 在dispatch_semaphore_signal里面os_atomic_inc2o原子操作自增加1，然后会判断，如果value > 0，就会返回0。
• 例如 value加1之后还是小于0，说明是一个负数，也就是调用dispatch_semaphore_wait次数太多了，dispatch_semaphore_wait是做减操作的，等会后面会分析。
• 加一次后依然小于0就报异常"Unbalanced call to dispatch_semaphore_signal()，然后会调用_dispatch_semaphore_signal_slow方法的，做容错的处理，_dispatch_sema4_signal是一个do while 循环

_dispatch_semaphore_signal_slow(dispatch_semaphore_t dsema)
{
	_dispatch_sema4_create(&dsema->dsema_sema, _DSEMA4_POLICY_FIFO);
	_dispatch_sema4_signal(&dsema->dsema_sema, 1);
	return 1;
}

• _dispatch_sema4_signal

void
_dispatch_sema4_signal(_dispatch_sema4_t *sema, long count)
{
	do {
		int ret = sem_post(sema);
		DISPATCH_SEMAPHORE_VERIFY_RET(ret);
	} while (--count);
}

2.2 dispatch_semaphore_wait

• dispatch_semaphore_wait

dispatch_semaphore_wait源码如下：

• os_atomic_dec2o进行原子自减1操作，也就是对value值进行减操作，控制可并发数。
• 如果可并发数为2，则调用该方法后，变为1，表示现在并发数为 1，剩下还可同时执行1个任务。如果初始值是0，减操作之后为负数，则会调用_dispatch_semaphore_wait_slow方法。

_dispatch_semaphore_wait_slow方法源码如下：

• _dispatch_semaphore_wait_slow

• 这里对dispatch_time_t timeout 进行判断处理，我们前面的例子里面传的是DISPATCH_TIME_FOREVER，那么会调用_dispatch_sema4_wait方法

void
_dispatch_sema4_wait(_dispatch_sema4_t *sema)
{
	kern_return_t kr;
	do {
		kr = semaphore_wait(*sema);
	} while (kr == KERN_ABORTED);
	DISPATCH_SEMAPHORE_VERIFY_KR(kr);
}

_dispatch_sema4_wait方法里面是一个do-while循环，当不满足条件时，会一直循环下去，从而导致流程的阻塞。这也就解释了上面举例案里面的执行结果。

上面举例里面就相当于，下图中的情况

在上图框框的地方，① 相当于②，这里是do-while循环，所有会执行任务 2，任务 1一直在循环等待。

3. 总结

• dispatch_semaphore_wait 信号量等待，内部是对并发数做自减操作，如果为 小于0，会执行_dispatch_semaphore_wait_slow然后调用_dispatch_sema4_wait是一个do-while，知道满足条件结束循环
• dispatch_semaphore_signal 信号量释放 ，内部是对并发数做自加操作，直到大于0时，为可操作
• 保持线程同步，将异步执行任务转换为同步执行任务
• 保证线程安全，为线程加锁，相当于自旋锁

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