DispatchGroup.leave()跨线程执行是否安全？其他并发原语呢？

问题背景 #

之前了解到NSLock的跨线程释放锁存在限制：

NSLock类基于POSIX线程实现锁定逻辑。向NSLock对象发送unlock消息时，必须确保该消息来自发送初始lock消息的同一线程。从不同线程解锁会导致未定义行为。

那NSRecursiveLock、DispatchGroup这类其他并发原语会不会受到同样的限制？

比如我编写的以下代码，wait在主线程执行，leave在后台线程调用，并没有出现因leave通知丢失导致的死锁问题：

func parallelDownload(urls: [URL]) -> [Data] {
    let session = URLSession.shared
    var fetchedImages = [Data]()

    let group = DispatchGroup()

    for url in urls {
        let request = URLRequest(url: url)
        let task = session.dataTask(with: request) { maybeData, maybeResponse, maybeError in
            defer {
                print("Leave in completion handler \(Thread.current): Is main thread? \(Thread.current.isMainThread)")
                group.leave()
            } // leave after block completes
            guard maybeError == nil, let response = maybeResponse as? HTTPURLResponse, let data = maybeData else { return }
            if !(200...299 ~= response.statusCode) { return }
            fetchedImages.append(data)
        }
        group.enter()
        task.resume()
    }
    // Waiting for last task to finish
    print("Before wait \(Thread.current):  Is main thread? \(Thread.current.isMainThread)")
    group.wait()
    print("After wait \(Thread.current):  Is main thread? \(Thread.current.isMainThread)")
    return fetchedImages
}

let urls = Array(repeating: "https://picsum.photos/200/300", count: 3).compactMap { URL(string: $0) }
let startTime = Date()
let images = parallelDownload(urls: urls)
let endTime = Date()

print("Download time \(endTime.timeIntervalSinceNow - startTime.timeIntervalSinceNow)")

执行输出：

Before wait <_NSMainThread: 0x600002494180>{number = 1, name = main}:  Is main thread? true
Leave in completion handler <NSThread: 0x60000249a540>{number = 5, name = (null)}: Is main thread? false
Leave in completion handler <NSThread: 0x600002491000>{number = 4, name = (null)}: Is main thread? false
Leave in completion handler <NSThread: 0x600002496880>{number = 8, name = (null)}: Is main thread? false
After wait <_NSMainThread: 0x600002494180>{number = 1, name = main}:  Is main thread? true
Download time 0.6723159551620483

解答 #

核心结论 #

DispatchGroup 完全支持跨线程调用leave，这和NSLock的限制本质不同，你的代码是合法且安全的。

具体分析 #

1. 设计定位与实现逻辑差异

   • NSLock是互斥锁，核心作用是保护临界区，要求lock和unlock同线程是为了避免锁状态混乱：如果线程A加锁，线程B解锁，会导致锁被意外释放，其他线程可能错误进入临界区，破坏数据一致性。
   • DispatchGroup是任务同步原语，内部维护一个原子性计数：每调用一次enter计数+1，每调用一次leave计数-1。当计数归0时，触发wait的线程恢复执行，或者执行notify绑定的闭包。这个计数操作是线程安全的，和调用线程无关。

2. NSRecursiveLock的限制
   NSLock的跨线程限制同样适用于NSRecursiveLock。它是可重入的互斥锁，需要跟踪当前线程的重入次数，跨线程调用unlock会破坏内部计数逻辑，导致未定义行为。

3. 你的代码为何正常运行
   主线程调用group.wait()阻塞等待，后台线程完成任务后调用group.leave()，每次leave都会原子性地减少DispatchGroup的内部计数。当最后一个leave调用后计数归0，主线程的wait会立即返回，完全符合预期。

额外提示 #

你的代码中fetchedImages.append(data)存在线程安全问题：多个后台线程同时对同一个数组执行追加操作，会导致数据竞争，可能引发数组崩溃或数据错乱。建议通过DispatchQueue加锁保护，或者使用线程安全的容器。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dracula