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iOS--生产者-消费者模式理解（附GCD信号量代码实现）

news 2024/11/15 4:18:44

什么是生产者-消费者模式？

在写demo的过程中，大家可能会碰到这样一种情况：某个模块负责产生数据，这些数据由另一个模块来负责处理（此处的模块是广义的，可以是类、函数、线程、进程等）。产生数据的模块，就形象地称为生产者；而处理数据的模块，就称为消费者。在生产者与消费者之间在加个缓冲区，我们形象的称之为仓库，生产者负责往仓库了进商品，而消费者负责从仓库里拿商品，这就构成了生产者消费者模式。

生产者-消费者模式的好处：

1.解耦

假设生产者和消费者分别是两个类。如果让生产者直接调用消费者的某个方法，那么生产者对于消费者就会产生依赖（也就是耦合）。将来如果消费者的代码发生变化，可能会影响到生产者。而如果两者都依赖于某个缓冲区，两者之间不直接依赖，耦合也就相应降低了。

举个例子，我们去邮局投递信件，如果不使用邮筒（也就是缓冲区），你必须得把信直接交给邮递员。有同学会说，直接给邮递员不是挺简单的嘛？其实不简单，你必须得认识谁是邮递员，才能把信给他（光凭身上穿的制服，万一有人假冒，就惨了）。这就产生和你和邮递员之间的依赖（相当于生产者和消费者的强耦合）。万一哪天邮递员换人了，你还要重新认识一下（相当于消费者变化导致修改生产者代码）。而邮筒相对来说比较固定，你依赖它的成本就比较低（相当于和缓冲区之间的弱耦合）。

2.支持并发

由于生产者与消费者是两个独立的并发体，他们之间是用缓冲区作为桥梁连接，生产者只需要往缓冲区里丢数据，就可以继续生产下一个数据，而消费者只需要从缓冲区了拿数据即可，这样就不会因为彼此的处理速度而发生阻塞。

接上面的例子，如果我们不使用邮筒，我们就得在邮局等邮递员，直到他回来，我们把信件交给他，这期间我们啥事儿都不能干（也就是生产者阻塞），或者邮递员得挨家挨户问，谁要寄信（相当于消费者轮询）。

3.支持忙闲不均

缓冲区还有另一个好处。如果制造数据的速度时快时慢，缓冲区的好处就体现出来了。当数据制造快的时候，消费者来不及处理，未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。等生产者的制造速度慢下来，消费者再慢慢处理掉。

为了充分复用，我们再拿寄信的例子来说事。假设邮递员一次只能带走1000封信。万一某次碰上情人节（也可能是圣诞节）送贺卡，需要寄出去的信超过1000封，这时候邮筒这个缓冲区就派上用场了。邮递员把来不及带走的信暂存在邮筒中，等下次过来时再拿走。

GCD 与信号量模拟生产者-消费者：

import Foundation// 缓冲区的最大容量
let bufferSize = 5// 用于存储生产者生成的数据的共享缓冲区
var buffer: [Int] = []//MARK: 信号量 --DispatchSemaphore// 用于表示缓冲区中的数据量，初始值为 0，表示开始时没有数据
let semaphoreFull = DispatchSemaphore(value: 0)// 用于表示缓冲区的空闲空间，初始值为缓冲区的最大容量
let semaphoreEmpty = DispatchSemaphore(value: bufferSize)// 创建一个并发队列，允许生产者和消费者并发执行
let queue = DispatchQueue(label: "com.example.queue", attributes: .concurrent)// 生产者函数
func producer() {while true {// 随机生成一个数据项（模拟生产的物品）let item = Int.random(in: 1...100)// 等待缓冲区有空闲位置semaphoreEmpty.wait()// 当有空位时，将新生成的数据添加到缓冲区buffer.append(item)// 输出生产的信息print("生产者生成: \(item)")// 通知消费者，缓冲区中有了新的数据可供消费semaphoreFull.signal()// 模拟耗时的生产过程，暂停 1 秒sleep(1)}
}// 消费者函数
func consumer() {while true {// 等待缓冲区中有数据可以消费semaphoreFull.wait()// 从缓冲区中取出第一个数据项let item = buffer.removeFirst()// 输出消费的信息print("消费者消费: \(item)")// 通知生产者，缓冲区有了空位semaphoreEmpty.signal()// 模拟耗时的消费过程，暂停 2 秒sleep(2)}
}// 启动生产者和消费者线程，在并发队列中异步执行
queue.async(execute: producer)
queue.async(execute: consumer)

输出：