iOS 开发之 生产者与消费者模式及其实现

　　概念：

　　在工作中，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。　　　　

　　

　　优点：

　　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。

　　

　　实现：

　　GCD 和 信号量实现 生产者消费者模式：　　

　　GCD提供两种方式支持dispatch队列同步，即dispatch组和信号量。

　　一、dispatch组（dispatch group）

　　// 1. 创建dispatch组
    dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("www.ztb.queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    // 2. 启动dispatch队列中的block关联到group中
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        // 。。。
    });
    
    //  3. 等待group关联的block执行完毕，也可以设置超时参数
     dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    // 4. 为group设置通知一个block，当group关联的block执行完毕后，就调用这个block。类似dispatch_barrier_async。
    dispatch_group_notify(group, queue, ^{
        // 。。。
    });
    
    //  5. 手动管理group关联的block的运行状态（或计数），进入和退出group次数必须匹配
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_group_leave(group);
    
    // 所以下面的两种调用其实是等价的，
    
    //A)
    dispatch_group_async(group, queue, ^{
        // 。。。
    });
    
    // B)
    dispatch_group_enter(group);
    dispatch_async(queue, ^{
        //。。。
        dispatch_group_leave(group);
    });

　　dispatch_group_enter、 dispatch_group_leave和dispatch_group_wait来实现同步.

dispatch_group_t group = dispatch_group_create();

MyCoreDataObject *coreDataObject;

dispatch_group_enter(group);
AFHTTPRequestOperation *operation1 = [[AFHTTPRequestOperation alloc] initWithRequest:request1];
[operation1 setCompletionBlockWithSuccess:^(AFHTTPRequestOperation *operation, id responseObject) {
    coreDataObject.attribute1 = responseObject;
    sleep(5);
    dispatch_group_leave(group);
}];
[operation1 start];

dispatch_group_enter(group);
AFHTTPRequestOperation *operation2 = [[AFHTTPRequestOperation alloc] initWithRequest:request1];
[operation2 setCompletionBlockWithSuccess:^(AFHTTPRequestOperation *operation, id responseObject) {
    coreDataObject.attribute2 = responseObject;
    sleep(10);
    dispatch_group_leave(group);
}];
[operation2 start];

dispatch_group_wait(group, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_release(group);

[context save:nil];

　　二、dispatch信号量（dispatch semaphore）

 　　// 1. 创建信号量，可以设置信号量的资源数。0表示没有资源，调用dispatch_semaphore_wait会立即等待。
    dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    
    // 2. 等待信号，可以设置超时参数。该函数返回0表示得到通知，非0表示超时。
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    
    //3. 通知信号，如果等待线程被唤醒则返回非0，否则返回0。
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);

　　使用dispatch信号量是如何实现同步：

　　NSCondition *condition = [[NSCondition alloc] init];//使用NSCondition实现多线程同步的问题，也就是解决生产者消费者问题（如收发同步等等）。
    dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ //消费者队列
        while (condition) {
            if (dispatch_semaphore_wait(sem, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 10*NSEC_PER_SEC))) //等待10秒
                continue;
            //得到数据
        }
    });
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ //生产者队列
        while (condition) {
            if (!dispatch_semaphore_signal(sem)) {
                sleep(1); //wait for a while
                continue;
            }
            //通知成功
        }
    });

　　

// 生产者生产数据
-(void)producerHandle {
    while (1) {
        NSString *currentThreadName = [NSThread currentThread].name;
        //        NSLog(@"%@" ,currentThreadName);
        
        //生产者限制生产数
        [self.cond lock];
        if (self.productNum > 10) {
            NSLog(@"!!!!生产太多，限制");
            [self.cond unlock];
            sleep(1);
            continue;
        }else {
            [self.cond unlock];
        }
        
        [self.cond lock];
        NSLog(@"============================");
        NSLog(@"%@...Begin - %d" ,currentThreadName ,self.productNum);
        self.productNum++;
        [self.cond signal];
        NSLog(@"%@...end - %d" ,currentThreadName ,self.productNum);
        NSLog(@"============================");
        [self.cond unlock];
    }
}

// 消费者消费资源
-(void)customerHandle {
    while (1) {
        NSString *currentThreadName = [NSThread currentThread].name;
        //        NSLog(@"%@" ,currentThreadName);
        [self.cond lock];
        NSLog(@"============================");
        NSLog(@"%@...Begin - %d" ,currentThreadName ,self.productNum);
        while (self.productNum <= 0) {
            [self.cond wait];
        }
        self.productNum--;
        NSLog(@"%@...end - %d" ,currentThreadName ,self.productNum);
        NSLog(@"============================");
        [self.cond unlock];
    }
}