前言

之前,咱们在探索动画及烘托相关原理的时分,咱们输出了几篇文章,解答了iOS动画是怎么烘托,特效是怎么作业的疑惑。咱们深感体系设计者在创作这些体系结构的时分,是如此脑洞大开,也 深深意识到了解一门技能的底层原理关于从事该方面作业的重要性。

因此咱们决议 进一步探求iOS底层原理的使命。继上一篇文章对GCD的 dispatch_get_global大局并发行列_queue+dispatch_sync同步函数、dispatch_get_global大局并发行列_queue+dispatch_sync异步函数、GCD单例、GCD线程死锁探索之后,本篇文章将持续对GCD多线程底层原理的探索

一、栅门函数基本介绍dispatch_barrier_async与dispatch_barrier_sync

1.1 栅门函数的作用

栅门函数的作⽤：

最直接的作⽤: 操控使命执⾏次序，也便是达到同步的作用

dispatch_barrier_async：前面的使命履行完毕，才会来到这儿
dispatch_barrier_sync：作用相同，可是这个会堵塞线程，影响后边的履行

留意 ：栅门函数只能操控同一并发行列

1.2 栅门函数运用举例

dispatch_barrier_async 举例

dispatch_barrier_async举例

运转成果如下：

操控台打印成果

在同一个行列里边，栅门函数前面的使命履行完了，栅门函数里边的使命能够履行，可是不会堵塞线程。
栅门函数后边的使命仍是能够履行的。可是栅门函数前面的使命，是一定在栅门函数内部使命之前履行的。

也便是使命 1 和使命 2 是必然在栅门函数前面履行。

dispatch_barrier_sync：

代码仍是👆上面的代码，便是把栅门函数的异步改成同步了，看看会发生什么样的作用？

dispatch_barrier_sync举例

操控台打印成果如下：

打印成果

栅门函数前面的使命仍是正常履行了，可是后边的使命在栅门函数的后边履行
栅门函数堵塞了线程，栅门函数后边的使命在栅门函数的使命履行完结，才会去履行

还记得上面的一句话吗：栅门函数只能操控同一并发行列，那么咱们试试不是同一个并发行列状况，栅门函数是否能够拦截住呢？

不是同一个行列状况举例

咱们把栅门函数放在了另一个并发的行列里边，发现并没有拦截住使命的履行，那么是不是异步的原因呢？

那么现在去改成同步看看能不能拦住呢？

不是同一个行列状况举例

从运转的成果来看，发现仍是拦不住，阐明不是同一个并发的行列，不论栅门函数是不是同步或者异步，都是拦截不住的，只能是同一个并发行列才能够！

咱们再来举个比如🌰，运用大局并发行列看看

大局并发行列举例

从打印成果来看，大局并发行列也是拦不住的，只能是自定义的并发行列才能够，这是为什么呢？去底层源码看看是否能够找到答案！

二、栅门函数源码剖析

2.1 流程盯梢

上面现已对栅门函数的作用有一个大致的知道，那么底层的完结逻辑是怎么样的呢？现在就去探索一下。

在源码里边搜索dispatch_barrier_sync，跟流程会走到_dispatch_barrier_sync_f — > _dispatch_barrier_sync_f_inline

_dispatch_barrier_sync_f_inline

这个_dispatch_barrier_sync_f_inline 办法咱们之前剖析死锁的时分来过这儿边，经过符号断点，这儿会走_dispatch_sync_f_slow办法，这儿设置了DC_FLAG_BARRIER的标签，对栅门做符号！

_dispatch_sync_f_slow

这儿也是之前同步发生死锁的时分来过的，经过下符号断点持续盯梢流程。

符号断点盯梢调试

由此盯梢的流程为：_dispatch_sync_f_slow –> _dispatch_sync_invoke_and_complete_recurse –> _dispatch_sync_complete_recurse，持续在源码里边盯梢发现定位到了这个_dispatch_sync_complete_recurse办法。

_dispatch_sync_complete_recurse

这儿是一个 do while循环，判别当时行列里边是否有barrier，有的话就dx_wakeup唤醒履行，直到使命履行完结了，才会履行_dispatch_lane_non_barrier_complete，表明当时行列使命现已履行完结了，而且没有栅门函数了就会持续往下面的流程走。

#define dx_wakeup(x, y, z) dx_vtable(x)->dq_wakeup(x, y, z)

那么现在去看看dq_wakeup

dq_wakeup

这儿咱们之前剖析同步和异步的时分也来过这儿，这儿大局并发的是 _dispatch_root_queue_wakeup,串行和并发的是_dispatch_lane_wakeup，那么两者有什么不一样呢？

2.2 自定义的并发行列剖析

咱们先去看看自定义的并发行列的_dispatch_lane_wakeup

_dispatch_lane_wakeup(dispatch_lane_class_t dqu, dispatch_qos_t qos,
		dispatch_wakeup_flags_t flags)
{
	dispatch_queue_wakeup_target_t target = DISPATCH_QUEUE_WAKEUP_NONE;
	if (unlikely(flags & DISPATCH_WAKEUP_BARRIER_COMPLETE)) {
		return _dispatch_lane_barrier_complete(dqu, qos, flags);
	}
	if (_dispatch_queue_class_probe(dqu)) {
		target = DISPATCH_QUEUE_WAKEUP_TARGET;
	}
	return _dispatch_queue_wakeup(dqu, qos, flags, target);
}

判别是否为barrier方式的，会调用_dispatch_lane_barrier_complete办法处理
假如没有barrier方式的，则走正常的并发行列流程，调用_dispatch_queue_wakeup办法。
_dispatch_lane_barrier_complete

_dispatch_lane_barrier_complete

假如是串行行列，则会进行等候，等候其他的使命履行完结，再按次序履行
假如是并发行列，则会调用_dispatch_lane_drain_non_barriers办法将栅门之前的使命履行完结。
最终会调用_dispatch_lane_class_barrier_complete办法，也便是把栅门拔掉了，不拦了，从而履行栅门之后的使命。

_dispatch_lane_class_barrier_complete

2.3 大局并发行列剖析

大局并发行列，dx_wakeup对应的是_dispatch_root_queue_wakeup办法，检查源码完结

void
_dispatch_root_queue_wakeup(dispatch_queue_global_t dq,
		DISPATCH_UNUSED dispatch_qos_t qos, dispatch_wakeup_flags_t flags)
{
	if (!(flags & DISPATCH_WAKEUP_BLOCK_WAIT)) {
		DISPATCH_INTERNAL_CRASH(dq->dq_priority,
				"Don't try to wake up or override a root queue");
	}
	if (flags & DISPATCH_WAKEUP_CONSUME_2) {
		return _dispatch_release_2_tailcall(dq);
	}
}

大局并发行列这个里边，并没有对barrier的判别和处理，便是依照正常的并发行列来处理。
大局并发行列为什么没有对栅门函数进行处理呢？由于大局并发行列除了被咱们运用，体系也在运用。
假如添加了栅门函数，会导致行列运转的堵塞，从而影响体系级的运转，所以栅门函数也就不适用于大局并发行列。

三、信号量dispatch_semaphore

3.1 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。有如下三个办法。

dispatch_semaphore_create : 创建信号量
dispatch_semaphore_wait : 信号量等候
dispatch_semaphore_signal : 信号量开释

3.2 信号量举例

在并发行列里边，能够运用信号量操控，最大并发数，如下代码：

信号量举例

信号量举例打印成果

信号量举例打印成果

这儿一共创建了 4 个使命，异步并发履行，我在创建信号量的时分，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);

从运转的动图，能够看到，每次都是两个使命一同履行了，打印的成果一目了然。

那么再举个比如看看，设置信号量并发数为0会怎么样呢？

设置信号量并发数为0，就相当于加锁的作用，dispatch_semaphore_wait堵住了使命1让其等候，等使命 2履行完了，dispatch_semaphore_signal发送信号，我履行完了，你去履行吧！

这样到底信号量是怎么样等候，又是怎么样发送信号的呢？

3.3 信号量剖析

看看dispatch_semaphore_create的 api的阐明

dispatch_semaphore_create

当两个线程需求和谐特定事情的完结时，为该值传递0很有用。
传递大于0的值关于管理有限的资源池很有用，其间池大小等于该值。
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回来 NULL。的值将导致回来 NULL，也便是小于0就不会正常履行。

总结来说，便是能够操控线程池中的最多并发数量

3.3.1 dispatch_semaphore_signal

dispatch_semaphore_signal

dispatch_semaphore_signal

在dispatch_semaphore_signal里边os_atomic_inc2o原子操作自添加1，然后会判别，假如value > 0，就会回来0。
例如 value加1 之后仍是小于 0，阐明是一个负数，也便是调用dispatch_semaphore_wait次数太多了，dispatch_semaphore_wait是做减操作的，等会后边会剖析。
加一次后依然小于0就报反常"Unbalanced call to dispatch_semaphore_signal()，然后会调用_dispatch_semaphore_signal_slow办法的，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);
}

3.3.2 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，也便是对value值进行减操作，操控可并发数。
假如可并发数为2，则调用该办法后，变为1，表明现在并发数为 1，剩下还可一起履行1个使命。假如初始值是0，减操作之后为负数，则会调用_dispatch_semaphore_wait_slow办法。

_dispatch_semaphore_wait_slow办法源码如下：

_dispatch_semaphore_wait_slow

_dispatch_semaphore_wait_slow

这儿对dispatch_time_t timeout 进行判别处理，咱们前面的比如里边传的是DISPATCH_TIME_FOREVER，那么会调用_dispatch_sema4_wait办法

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办法里边是一个do-while循环，当不满足条件时，会一直循环下去，从而导致流程的堵塞。这也就解释了上面举例案里边的履行成果。

上面举例里边就相当于，下图中的状况

在上图框框的地方，① 相当于②，这儿是do-while循环，所以会履行使命 2，使命 1一直在循环等候。

三、总结

3.1 栅门函数

运用栅门函数的时分，要和其他需求履行的使命必须在同一个行列中
运用栅门函数不能运用大局并发行列
除了咱们运用，体系也在运用。
假如添加了栅门函数，会导致行列运转的堵塞，影响体系级的运转

3.2 信号量

dispatch_semaphore_wait 信号量等候，内部是对并发数做自减操作，假如为小于 0，会履行_dispatch_semaphore_wait_slow然后调用_dispatch_sema4_wait是一个do-while，知道满足条件完毕循环
dispatch_semaphore_signal 信号量开释，内部是对并发数做自加操作，直到大于0时，为可操作
坚持线程同步，将异步履行使命转换为同步履行使命
确保线程安全，为线程加锁，相当于互斥锁

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前言

一、栅门函数基本介绍dispatch_barrier_async与dispatch_barrier_sync

1.1 栅门函数的作用

1.2 栅门函数运用举例

二、栅门函数源码剖析

2.1 流程盯梢

2.2 自定义的并发行列剖析

2.3 大局并发行列剖析

三、信号量dispatch_semaphore

3.1 信号量介绍

3.2 信号量举例

3.3 信号量剖析

3.3.1 dispatch_semaphore_signal

3.3.2 dispatch_semaphore_wait

三、总结

3.1 栅门函数

3.2 信号量

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