iOS GCD之dispatch_semaphore（信号量）

前言

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最近在看AFNetworking3.0源码时，注意到在 AFURLSessionManager.m 里面的 tasksForKeyPath: 方法 (L681)，dispatch_semaphore不甚理解，经查原来是通过引入信号量（dispatch_semaphore）的方式把NSURLSession的异步方法 getTasksWithCompletionHandler: 变成了同步方法

这里是把本来异步的getTasksWithCompletionHandler方法变成了同步的方式了，通过引入信号量的方式，等待异步方法获取到tasks，然后再返回。

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dispatch_semaphore

信号量是基于计数器的一种多线程同步机制，用来管理对资源的并发访问。

信号量内部有一个可以原子递增或递减的值。如果一个动作尝试减少信号量的值，使其小于0，那么这个动作将会被阻塞，直到有其他调用者（在其他线程中）增加该信号量的值。

信号量就是一种可用来控制访问资源的数量的标识，设定了一个信号量，在线程访问之前，加上信号量的处理，则可告知系统按照我们指定的信号量数量来执行多个线程。

其实，这有点类似锁机制了，只不过信号量都是系统帮助我们处理了，我们只需要在执行线程之前，设定一个信号量值，并且在使用时，加上信号量处理方法就行了。

简单来讲 信号量为0则阻塞线程，大于0则不会阻塞。则我们通过改变信号量的值，来控制是否阻塞线程，从而达到线程同步。

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基于此dispatch_semaphore主要应用于两个方面 ：

1. 保持线程同步 
2. 为线程加锁

当然在NSoperation下可以直接设置并发数，就没有这么麻烦了。

我们使用GCD的时候如何让线程同步，也有多种方法

1.dispatch_group 
2.dispatch_barrier 
3.dispatch_semaphore

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dispatch_semaphore相关的3个函数

// 创建信号量，参数：信号量的初值，如果小于0则会返回NULL
dispatch_semaphore_t dispatch_semaphore_create(long value);

// 等待降低信号量，接收一个信号和时间值(多为DISPATCH_TIME_FOREVER)
// 若信号的信号量为0，则会阻塞当前线程，直到信号量大于0或者经过输入的时间值；
// 若信号量大于0，则会使信号量减1并返回，程序继续住下执行
long dispatch_semaphore_wait(dispatch_semaphore_t dsema, dispatch_time_t timeout);

// 提高信号量， 使信号量加1并返回
long dispatch_semaphore_signal(dispatch_semaphore_t dsema);

在dispatch_semaphore_wait和dispatch_semaphore_signal这两个函数中间的执行代码，每次只会允许限定数量的线程进入，这样就有效的保证了在多线程环境下，只能有限定数量的线程进入。

可用于处理在多个线程访问共有资源时候，会因为多线程的特性而引发数据出错的问题。

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应用场景

保持线程同步，将异步操作转换为同步操作

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
   dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);

   __block int j = 0;
   dispatch_async(queue, ^{
        j = 100;
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
   });

   dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
   NSLog(@"finish j = %zd", j);

结果输出 j ＝ 100； 
如果注掉dispatch_semaphore_wait这一行，则 j ＝ 0； 
注释： block块异步执行添加到了全局并发队列里，所以程序在主线程会跳过block块（同时开辟子线程异步执行block块），执行块外的代码dispatch_semaphore_wait，因为semaphore信号量为0，且时间为DISPATCH_TIME_FOREVER，所以会阻塞当前线程（主线程），进而只执行子线程的block块，直到执行块内部的dispatch_semaphore_signal使得信号量+1。正在被阻塞的线程（主线程）会恢复继续执行。这样保证了线程之间的同步。

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为线程加锁

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);

for (int i = 0; i < 100; i++) {
     dispatch_async(queue, ^{
          // 相当于加锁
          dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
          NSLog(@"i = %zd semaphore = %@", i, semaphore);
          // 相当于解锁
          dispatch_semaphore_signal(semaphore);
      });
}

注释：当线程1执行到dispatch_semaphore_wait这一行时，semaphore的信号量为1，所以使信号量-1变为0，并且线程1继续往下执行；如果当在线程1NSLog这一行代码还没执行完的时候，又有线程2来访问，执行dispatch_semaphore_wait时由于此时信号量为0，且时间为DISPATCH_TIME_FOREVER,所以会一直阻塞线程2（此时线程2处于等待状态），直到线程1执行完NSLog并执行完dispatch_semaphore_signal使信号量为1后，线程2才能解除阻塞继续住下执行。以上可以保证同时只有一个线程执行NSLog这一行代码。

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获取通讯录

做通讯录的时候需要判断权限，才能获取通讯录

    //这个变量用于记录授权是否成功，即用户是否允许我们访问通讯录
    int __block tip=0;

    //创建通讯簿的引用
    ABAddressBookRef addressBooks=ABAddressBookCreateWithOptions(NULL, NULL);
    //创建一个初始信号量为0的信号
    dispatch_semaphore_t sema=dispatch_semaphore_create(0);
    //申请访问权限
    ABAddressBookRequestAccessWithCompletion(addressBooks, ^(bool granted, CFErrorRef error)        {
      //granted为YES是表示用户允许，否则为不允许
      if (!granted) {
          tip=1;
      }
      //发送一次信号
      dispatch_semaphore_signal(sema);
    });
    //等待信号触发
    dispatch_semaphore_wait(sema, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    CFRelease(addressBooks);

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使用 Dispatch Semaphore 控制并发线程数量

 void dispatch_async_limit(dispatch_queue_t queue,NSUInteger limitSemaphoreCount, dispatch_block_t block) {
//控制并发数的信号量
    static dispatch_semaphore_t limitSemaphore;

    //专门控制并发等待的线程
    static dispatch_queue_t receiverQueue;

    //使用 dispatch_once而非 lazy 模式，防止可能的多线程抢占问题
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        limitSemaphore = dispatch_semaphore_create(limitSemaphoreCount);
        receiverQueue = dispatch_queue_create("receiver", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    });

    // 如不加 receiverQueue 放在主线程会阻塞主线程
    dispatch_async(receiverQueue, ^{
        //可用信号量后才能继续，否则等待
        dispatch_semaphore_wait(limitSemaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
        dispatch_async(queue, ^{
            !block ? : block();
            //在该工作线程执行完成后释放信号量
            dispatch_semaphore_signal(limitSemaphore);
        });
    });
}

注释：以上栗子有点像-[NSOperationQueue maxConcurrentOperationCount]。 在能保证灵活性的情况下，通常更好的做法是使用操作队列，而不是通过GCD和信号量来构建自己的解决方案。

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信号量属于底层工具。它非常强大，但在多数需要使用它的场合，最好从设计角度重新考虑，看是否可以不用。应该优先考虑是否可以使用诸如操作队列这样的高级工具。通常可以通过增加一个分派队列dispatch_suspend，或者通过其他方式分解操作来避免使用信号量。信号量并非不好，只是它本身是锁，能不用锁就不要用。尽量用cocoa框架中的高级抽象，信号量非常接近底层。但有时候，例如需要把异步任务转换为同步任务时，信号量是最合适的工具。

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参考： 
AFNetworking 源码阅读 
iOS GCD之dispatch_semaphore学习 
iOS GCD中级篇 - dispatch_semaphore（信号量）的理解及使用 
iOS开发系列–并行开发其实很容易