个人对GCD信号量的一些误解...

2020-03-20 本文已影响0人健了个平_24

以前认为信号量的初始值就是线程的最大并发数，不可更改的，其实并不然。

平时开发一般都使用GCD信号量（DispatchSemaphore）来解决线程安全问题：当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题。

经典的多线程安全隐患示例 - 卖票

使用信号量之前：

var ticketTotal = 15
let group: DispatchGroup = DispatchGroup()
    
// 卖票操作
func __saleTicket(_ saleCount: Int) {
    DispatchQueue.global().async(group: group, qos: .default, flags: []) {
        for _ in 0..<saleCount {
            // 加个延时可以大概率让多条线程同时进行到这一步
            sleep(1) 
            // 卖一张
            self.ticketTotal -= 1 
        }
    }
}

// 开始卖票
func startSaleTicket() {
    print("\(Date()) 一开始总共有\(ticketTotal)张")

    print("\(Date()) 第一次卖5张票")
    __saleTicket(5)

    print("\(Date()) 第二次卖5张票")
    __saleTicket(5)

    print("\(Date()) 第三次卖5张票")
    __saleTicket(5)

    group.notify(queue: .main) {
        print("\(Date()) 理论上全部卖完了，实际上剩\(self.ticketTotal)张")
    }
}

打印结果：

image 明显结果是错的，15张卖了15次却还剩4张，这是多线程操作引发的数据错乱问题。

使用信号量对卖票的操作进行加解🔐：

func __saleTicket(_ saleCount: Int) {
    DispatchQueue.global().async(group: group, qos: .default, flags: []) {
        for _ in 0..<saleCount {
            // 加个延时可以大概率让多条线程同时进行到这一步
            sleep(1) 
            // 卖一张
            self.semaphore.wait() // 加🔐
            self.ticketTotal -= 1 
            self.semaphore.signal() // 解🔐
        }
    }
}

打印结果：

image 结果正确，多线程操作使用信号量就可以实现线程同步以保证数据安全了。

对信号量的误解

以前认为信号量的初始值是指线程的最大并发数，不可更改的，直到看到其他文章介绍的一个信号量用法：

let semaphore: DispatchSemaphore = DispatchSemaphore(value: 0)

func semaphoreTest() {
    DispatchQueue.global().async {

        DispatchQueue.main.async {
            // 从主队列中获取一些信息
            ...
            // 发送信号
            self.semaphore.signal()     
        }

        // 开始等待
        self.semaphore.wait() 
        // 等待结束，线程继续
    }
}

看到这个用法就开始觉得奇怪了，明明初始化为0，不就是线程最大并发数为0吗？不就是不能有线程可以工作吗？按道理应该会一直阻塞住这个子线程才对，那这种用法有什么意义呢？

对信号量的重新认识

众所周知，semaphore.wait()是减1操作，不过这个减1操作的前提是信号量是否大于0：

如果大于0，线程可以继续往下跑，然后紧接在semaphore.wait()这句过后，才会真正对信号量减1；
如果等于0，就会让线程休眠，加入到一个都等待这个信号的线程队列当中，当信号量大于0时，就会唤醒这个等待队列中靠前的线程，继续线程后面代码且对信号量减1，也就确保了信号量大于0才减1，所以不存在信号量小于0的情况（除非在初始化时设置为负数，不过这样做的话当使用时程序就会崩溃）。

而semaphore.signal()是对信号量的加1操作，后来经过测试发现，通过semaphore.signal()可以任意添加信号量，所以初始化的信号量并非不可更改的，是可以随意更改的。

验证的🌰：

let semaphore: DispatchSemaphore = DispatchSemaphore(value: 0) // 0

func semaphoreTest() {
    semaphore.signal() // 0 + 1 = 1
    semaphore.signal() // 1 + 1 = 2
    semaphore.signal() // 2 + 1 = 3

    semaphore.wait() // 3 - 1 = 2
    print("\(Date()) \(Thread.current) hello_1")

    semaphore.wait() // 2 - 1 = 1
    print("\(Date()) \(Thread.current) hello_2")

    semaphore.wait() // 1 - 1 = 0
    print("\(Date()) \(Thread.current) hello_2")
    
    // 延迟3秒去另一个线程异步添加信号量
    DispatchQueue.global().asyncAfter(deadline: .now() + 3) {
        print("\(Date()) \(Thread.current) 信号量+1")
        let result = self.semaphore.signal() // 0 + 1 = 1
        print("\(Date()) \(Thread.current) result: \(result)");
        /*
         * PS: signal() 会返回一个结果，文档解释为：
         * This function returns non-zero if a thread is woken. Otherwise, zero is returned. 如果线程被唤醒，则此函数返回非零。否则，返回零。
         * 这里执行后会有一条线程被唤醒，所以返回1，前面的3次signal()返回的都是0，说明没有线程被唤醒，不过信号量的确是有+1的。
         */
    }

    semaphore.wait() // 等于0就”卡住“当前线程
    print("\(Date()) \(Thread.current) hello_4") // 1 - 1 = 0
}

打印结果：

image 即便信号量初始为0，也可以手动添加信号量，所以前3句马上打印；而最后1句由于没有信号了，线程进入休眠无法执行，然后3秒后在另一条线程添加了信号量，这条线程才被唤醒去打印最后一句。

证明了信号量是可以自己维护的，只是“看不见”（没有API获取）。

伪代码解释前面介绍的用法：

// 初始化信号量为0，假设 semaphoreCount 是代表信号量的一个数字
let semaphore: DispatchSemaphore = DispatchSemaphore(value: 0) // semaphoreCount = 0

func semaphoreTest() {
    DispatchQueue.global().async {
        //【1】开始执行任务1

        DispatchQueue.main.async {
            //【4】开始执行任务2
            ...
            //【5】任务2结束，信号量加1，发送信号，唤醒等待靠前的线程
            self.semaphore.signal() // semaphoreCount + 1 = 1    
        }

        //【2】任务1需要等待任务2执行完才继续，判断有无信号量
        self.semaphore.wait() //【3】判断信号量，发现 semaphoreCount == 0，这里”卡住“（休眠）
        
        //【6】能来到这里，说明信号量至少为1，唤醒了这条线程，同时对信号量减1
        // semaphoreCount - 1 = 0

        // 减1后如果等于0，那么其他还在等这个信号量的线程只能继续等，而这条线程会继续往下执行。 
        //【7】任务1继续
    }
}

总结

GCD信号量的初始值的确是线程的最大并发数，不过这个并发数不是不能修改的，可以通过semaphore.signal()任意添加的，相当于是有个隐藏的semaphoreCount来控制能有多少条线程能同时工作；
这个semaphoreCount至少要有 1 才可以执行代码，只要是 0，semaphore.wait()就会让线程休眠等着直到semaphoreCount大于 0 才唤醒；
由于没有API获取这个semaphoreCount，所以一定要注意：用过多少次semaphore.wait()就记得也要用多少次semaphore.signal()，保证使用配对，不然线程会永远休眠。

知道这些后，以后GCD信号量除了可以加解🔐外，也可以做到让当前线程等待别的线程了，也就是说可以控制线程的执行时机喔~

GCD其它一些需要自己维护配对次数的函数

这些函数也是没有相应API获取次数，需要自己维护：

队列组：group.enter() 和 group.leave()
定时器：timer.resume() 和 timer.suspend()
- PS：不要在暂停suspend状态下执行cancel()，否则会崩溃，所以记得在cancel()前确定 timer 是在运行resume状态下。

个人对GCD信号量的一些误解...

经典的多线程安全隐患示例 - 卖票

对信号量的误解

对信号量的重新认识

总结

GCD其它一些需要自己维护配对次数的函数

猜你喜欢

热点阅读