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27.信号量

前言

一、 控制 GCD 最大并发数

let queue = DispatchQueue.init(label: "RyukieQueue", qos: .default, attributes: .concurrent, autoreleaseFrequency: .workItem, target: nil)
let semaphore = DispatchSemaphore(value: 2)
for i in 0...5 {
queue.async {
_ = semaphore.wait(timeout: .distantFuture)
print("<<< 下载开始:\(i) 日期:\(Date())")
sleep(5)
print("下载结束:\(i) >>> 日期:\(Date())")
semaphore.signal()
}
}
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<<< 下载开始:0 日期:2021-09-11 08:28:56 +0000
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二、 源码解读

2.1 dispatch_semaphore_create

/*!
* @function dispatch_semaphore_create
*
* @abstract
* 用初始值创建新的计数信号量
*
* @discussion
* 当两个线程需要协调时,为该值传递0是有用的 完成某一特定事件。
* 传递一个大于零的值 用于管理有限的资源池,其中池大小相等 的价值
*
* @param value
* 信号量的起始值。传递一个小于零的值 导致返回NULL。
*
*
* @result
* 新创建的信号量,如果失败则为NULL
*/
API_AVAILABLE(macos(10.6), ios(4.0))
DISPATCH_EXPORT DISPATCH_MALLOC DISPATCH_RETURNS_RETAINED DISPATCH_WARN_RESULT
DISPATCH_NOTHROW
dispatch_semaphore_t
dispatch_semaphore_create(intptr_t value);

2.2 dispatch_semaphore_signal

/*!
* @function dispatch_semaphore_signal
*
* @abstract
* Signal (increment) a semaphore.
*
* @discussion
* 增加计数信号量。如果之前的值小于零
* 这个函数在返回之前唤醒一个等待线程
*
* @param dsema The counting semaphore.
* 在这个参数中传递NULL的结果是未定义的
*
* @result
* 如果线程被唤醒,这个函数返回非零值。否则,返回零
*
*/
intptr_t
dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema)
{
// +1 的操作
long value = os_atomic_inc2o(dsema, dsema_value, release);
if (likely(value > 0)) {
return 0;
}
// wait 操作过多 和signal信号不平衡 抛出异常
if (unlikely(value == LONG_MIN)) {
DISPATCH_CLIENT_CRASH(value,
"Unbalanced call to dispatch_semaphore_signal()");
}
//因为是基于pthread下层的封装,为了避免下层的异常,这里做异常处理
return _dispatch_semaphore_signal_slow(dsema);
}

2.3 dispatch_semaphore_wait

/*!
* @function dispatch_semaphore_wait
*
* @abstract
* 等待(递减)信号量
*
* @discussion
* 递减计数信号量。如果结果值小于零,
* 这个函数在返回之前等待一个信号出现。
*
* @param dsema
* 信号量。在这个参数中传递NULL的结果是未定义的
*
* @param timeout
* 何时超时(参见dispatch_time)。为了方便,
* 有 DISPATCH_TIME_NOW和DISPATCH_TIME_FOREVER常量。
*
* @result
* 成功时返回零,如果超时则返回非零
*/
intptr_t
dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout)
{
// -1 操作
long value = os_atomic_dec2o(dsema, dsema_value, acquire);
if (likely(value >= 0)) {
return 0;
}
return _dispatch_semaphore_wait_slow(dsema, timeout);
}
_dispatch_semaphore_wait_slow
static intptr_t
_dispatch_semaphore_wait_slow(dispatch_semaphore_t dsema,
dispatch_time_t timeout)
{
long orig;
_dispatch_sema4_create(&dsema->dsema_sema, _DSEMA4_POLICY_FIFO);
//判断timeout
switch (timeout) {
default:
if (!_dispatch_sema4_timedwait(&dsema->dsema_sema, timeout)) {
break;
}
// Fall through and try to undo what the fast path did to
// dsema->dsema_value
case DISPATCH_TIME_NOW:
orig = dsema->dsema_value;
while (orig < 0) {
if (os_atomic_cmpxchgv2o(dsema, dsema_value, orig, orig + 1,
&orig, relaxed)) {
// 处理超时
return _DSEMA4_TIMEOUT();
}
}
// Another thread called semaphore_signal().
// Fall through and drain the wakeup.
case DISPATCH_TIME_FOREVER:
//等待操作
_dispatch_sema4_wait(&dsema->dsema_sema);
break;
}
return 0;
}
_dispatch_sema4_wait
void
_dispatch_sema4_wait(_dispatch_sema4_t *sema)
{
int ret = 0;
do {
ret = sem_wait(sema);
} while (ret == -1 && errno == EINTR);
DISPATCH_SEMAPHORE_VERIFY_RET(ret);
}
可以看出,内部其实是个 do-while 循环实现的。

三、 一个思考题

下面代码会是怎样的执行结果呢?
let queue = DispatchQueue.init(label: "RyukieQueue", qos: .default, attributes: .concurrent, autoreleaseFrequency: .workItem, target: nil)
let semaphore = DispatchSemaphore(value: 0)
queue.async {
_ = semaphore.wait(timeout: .distantFuture)
print("<<< 下载开始:\(1) 日期:\(Date())")
sleep(5)
print("下载结束:\(1) >>> 日期:\(Date())")
}
queue.async {
print("<<< 下载开始:\(2) 日期:\(Date())")
sleep(5)
print("下载结束:\(2) >>> 日期:\(Date())")
semaphore.signal()
}
输出:
<<< 下载开始:2 日期:2021-09-11 09:05:24 +0000
下载结束:2 >>> 日期:2021-09-11 09:05:29 +0000
<<< 下载开始:1 日期:2021-09-11 09:05:29 +0000
下载结束:1 >>> 日期:2021-09-11 09:05:34 +0000

参考