GCD實現線程同步的方法

在iOS多線程中我們知道NSOperationQueue操作隊列可以直接使用addDependency函數設置操作之間的依賴關系實現線程同步，還可以使用setMaxConcurrentOperationCount函數直接設置最大并發數量。那么在GCD中又是如何實現線程同步和控制最大并發數量的呢？

事實上在之前的問題中我們已經提到了GCD實現線程同步的兩種方法了，一種是組隊列（dispatch_group_t）,另一種是dispatch_barrier_(a)sync，都是等待前面的任務完成后再執行某個任務。除此之外另外一種實現線程同步的方法是信號量機制。

1.GCD實現線程同步的方法：

組隊列（dispatch_group）：

舉一個例子：用戶下載一個圖片，圖片很大，需要分成很多份進行下載，使用GCD應該如何實現？使用什么隊列？

使用Dispatch Group追加block到Global Group Queue，這些block如果全部執行完畢，就會執行通過dispatch_group_notify添加到主隊列中的block，進行圖片的合并處理。

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_group_async(group, queue, ^{ /*加載圖片1 */ });
dispatch_group_async(group, queue, ^{ /*加載圖片2 */ });
dispatch_group_async(group, queue, ^{ /*加載圖片3 */ }); 
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 合并圖片… …
});

阻塞任務（dispatch_barrier）：

通過dispatch_barrier_async添加的操作會暫時阻塞當前隊列，即等待前面的并發操作都完成后執行該阻塞操作，待其完成后后面的并發操作才可繼續。可以將其比喻為一根霸道的獨木橋，是并發隊列中的一個并發障礙點，或者說中間瓶頸，臨時阻塞并獨占。注意dispatch_barrier_async只有在并發隊列中才能起作用，在串行隊列中隊列本身就是獨木橋，將失去其意義。

可見使用dispatch_barrier_async可以實現類似dispatch_group_t組調度的效果,同時主要的作用是避免數據競爭，高效訪問數據。

9.png

/* 創建并發隊列 */
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_queue_create("test.concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
/* 添加兩個并發操作A和B，即A和B會并發執行 */
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"OperationA");
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"OperationB");
});
/* 添加barrier障礙操作，會等待前面的并發操作結束，并暫時阻塞后面的并發操作直到其完成 */
dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"OperationBarrier!");
});
/* 繼續添加并發操作C和D，要等待barrier障礙操作結束才能開始 */
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"OperationC");
});
dispatch_async(concurrentQueue, ^(){
    NSLog(@"OperationD");
});

2017-04-04 12:25:02.344 SingleView[12818:3694480] OperationB
2017-04-04 12:25:02.344 SingleView[12818:3694482] OperationA
2017-04-04 12:25:02.345 SingleView[12818:3694482] OperationBarrier!
2017-04-04 12:25:02.345 SingleView[12818:3694482] OperationD
2017-04-04 12:25:02.345 SingleView[12818:3694480] OperationC
信號量機制（dispatch_semaphore）：
信號量機制主要是通過設置有限的資源數量來控制線程的最大并發數量以及阻塞線程實現線程同步等。

GCD中使用信號量需要用到三個函數：

dispatch_semaphore_create用來創建一個semaphore信號量并設置初始信號量的值；
dispatch_semaphore_signal發送一個信號讓信號量增加1（對應PV操作的V操作）；
dispatch_semaphore_wait等待信號使信號量減1（對應PV操作的P操作）；
那么如何通過信號量來實現線程同步呢？下面介紹使用GCD信號量來實現任務間的依賴和最大并發任務數量的控制。

使用信號量實現任務2依賴于任務1，即任務2要等待任務1結束才開始執行:
方法很簡單，創建信號量并初始化為0，讓任務2執行前等待信號，實現對任務2的阻塞。然后在任務1完成后再發送信號，從而任務2獲得信號開始執行。需要注意的是這里任務1和2都是異步提交的，如果沒有信號量的阻塞，任務2是不會等待任務1的,實際上這里使用信號量實現了兩個任務的同步。


/* 創建一個信號量 */
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);

/* 任務1 */
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    /* 耗時任務1 */
    NSLog(@"任務1開始");
    [NSThread sleepForTimeInterval:3];
    NSLog(@"任務1結束");
    /* 任務1結束，發送信號告訴任務2可以開始了 */
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
});

/* 任務2 */
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    /* 等待任務1結束獲得信號量, 無限等待 */
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    /* 如果獲得信號量則開始任務2 */
    NSLog(@"任務2開始");
    [NSThread sleepForTimeInterval:3];
    NSLog(@"任務2結束");
});
[NSThread sleepForTimeInterval:10];

通過信號量控制最大并發數量：
通過信號量控制最大并發數量的方法為：創建信號量并初始化信號量為想要控制的最大并發數量，例如想要保證最大并發數為5，則信號量初始化為5。然后在每個新任務執行前進行P操作，等待信號使信號量減1；每個任務結束后進行V操作，發送信號使信號量加1。這樣即可保證信號量始終在5以內，當前最多也只有5個以內的任務在并發執行。

/* 創建一個信號量并初始化為5 */
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(5);

/* 模擬1000個等待執行的任務，通過信號量控制最大并發任務數量為5 */
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    /* 任務i */
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        /* 耗時任務1，執行前等待信號使信號量減1 */
        dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        NSLog(@"任務%d開始", i);
        [NSThread sleepForTimeInterval:10];
        NSLog(@"任務%d結束", i);
        /* 任務i結束，發送信號釋放一個資源 */
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
}
[NSThread sleepForTimeInterval:1000];

打印結果為每次開啟五個并發任務
2017-06-02 21:45:27.409067+0800 OC[7234:336757] 任務1開始
2017-06-02 21:45:27.409069+0800 OC[7234:336758] 任務2開始
2017-06-02 21:45:27.409103+0800 OC[7234:336759] 任務3開始
2017-06-02 21:45:27.409268+0800 OC[7234:336761] 任務4開始
2017-06-02 21:45:27.409887+0800 OC[7234:336756] 任務0開始

2017-06-02 21:45:37.415217+0800 OC[7234:336757] 任務1結束
2017-06-02 21:45:37.415370+0800 OC[7234:336759] 任務3結束
2017-06-02 21:45:37.415217+0800 OC[7234:336761] 任務4結束
2017-06-02 21:45:37.415217+0800 OC[7234:336758] 任務2結束
2017-06-02 21:45:37.415442+0800 OC[7234:336756] 任務0結束

2017-06-02 21:45:37.415544+0800 OC[7234:336760] 任務5開始
2017-06-02 21:45:37.415548+0800 OC[7234:336762] 任務6開始
2017-06-02 21:45:37.415614+0800 OC[7234:336765] 任務9開始
2017-06-02 21:45:37.415620+0800 OC[7234:336764] 任務8開始
2017-06-02 21:45:37.415594+0800 OC[7234:336763] 任務7開始
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