面试题：Objective-C中如何使用NSCondition实现复杂的线程同步场景

以下是使用NSCondition实现该线程同步场景的Objective-C代码示例及关键代码解释：

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface DataQueue : NSObject

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *queue;
@property (nonatomic, strong) NSCondition *condition;

- (void)produceData:(id)data;
- (NSArray *)consumeData;

@end

@implementation DataQueue

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        _queue = [NSMutableArray array];
        _condition = [[NSCondition alloc] init];
    }
    return self;
}

- (void)produceData:(id)data {
    [self.condition lock];
    [self.queue addObject:data];
    NSLog(@"Produced: %@", data);
    [self.condition signal];
    [self.condition unlock];
}

- (NSArray *)consumeData {
    [self.condition lock];
    while (self.queue.count < 3) {
        [self.condition wait];
    }
    NSArray *consumedArray = [self.queue subarrayWithRange:NSMakeRange(0, 3)];
    [self.queue removeObjectsInRange:NSMakeRange(0, 3)];
    NSLog(@"Consumed: %@", consumedArray);
    [self.condition unlock];
    return consumedArray;
}

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        DataQueue *dataQueue = [[DataQueue alloc] init];
        
        dispatch_queue_t producerQueue = dispatch_queue_create("com.example.producerQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        dispatch_queue_t consumerQueue = dispatch_queue_create("com.example.consumerQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
        
        dispatch_async(producerQueue, ^{
            for (int i = 0; i < 10; ++i) {
                NSString *data = [NSString stringWithFormat:@"Data %d", i];
                [dataQueue produceData:data];
                sleep(1);
            }
        });
        
        dispatch_async(consumerQueue, ^{
            while (true) {
                NSArray *consumed = [dataQueue consumeData];
                if (consumed.count == 0) {
                    break;
                }
                sleep(2);
            }
        });
        
        sleep(15);
    }
    return 0;
}

关键代码解释

初始化部分：

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        _queue = [NSMutableArray array];
        _condition = [[NSCondition alloc] init];
    }
    return self;
}

初始化NSMutableArray用于存储数据，初始化NSCondition用于线程同步。

生产数据方法produceData:：
```
- (void)produceData:(id)data {
    [self.condition lock];
    [self.queue addObject:data];
    NSLog(@"Produced: %@", data);
    [self.condition signal];
    [self.condition unlock];
}
```
- [self.condition lock];：锁定NSCondition，确保对_queue的操作是线程安全的，避免数据竞争。
- [self.queue addObject:data];：将生产的数据添加到队列中。
- [self.condition signal];：发送信号，通知等待在NSCondition上的消费线程队列中有新数据。
- [self.condition unlock];：解锁NSCondition，允许其他线程操作。
消费数据方法consumeData：
```
- (NSArray *)consumeData {
    [self.condition lock];
    while (self.queue.count < 3) {
        [self.condition wait];
    }
    NSArray *consumedArray = [self.queue subarrayWithRange:NSMakeRange(0, 3)];
    [self.queue removeObjectsInRange:NSMakeRange(0, 3)];
    NSLog(@"Consumed: %@", consumedArray);
    [self.condition unlock];
    return consumedArray;
}
```
- [self.condition lock];：锁定NSCondition，确保对_queue的操作是线程安全的。
- while (self.queue.count < 3) { [self.condition wait]; }：使用while循环检查队列中的数据是否足够（至少3个），如果不足则调用[self.condition wait];，使当前线程等待，同时释放NSCondition的锁，允许其他线程操作队列。当其他线程调用signal或broadcast时，此线程被唤醒，重新获取锁并检查条件。这一步避免了死锁，因为线程在等待时会释放锁。
- NSArray *consumedArray = [self.queue subarrayWithRange:NSMakeRange(0, 3)];和[self.queue removeObjectsInRange:NSMakeRange(0, 3)];：从队列中取出并移除前3个数据。
- [self.condition unlock];：解锁NSCondition，允许其他线程操作。
- return consumedArray;：返回消费的数据。

主函数中的多线程调度：

dispatch_queue_t producerQueue = dispatch_queue_create("com.example.producerQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_queue_t consumerQueue = dispatch_queue_create("com.example.consumerQueue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

dispatch_async(producerQueue, ^{
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        NSString *data = [NSString stringWithFormat:@"Data %d", i];
        [dataQueue produceData:data];
        sleep(1);
    }
});

dispatch_async(consumerQueue, ^{
    while (true) {
        NSArray *consumed = [dataQueue consumeData];
        if (consumed.count == 0) {
            break;
        }
        sleep(2);
    }
});

创建生产者和消费者队列，并在队列中异步执行生产和消费任务。生产者循环生产10个数据，消费者持续消费数据，直到没有足够数据可消费。sleep函数用于模拟实际的生产和消费延迟。

通过上述实现，利用NSCondition实现了线程同步，避免了数据竞争和死锁，满足了题目要求的复杂线程同步场景。

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面试题：Objective-C中如何使用NSCondition实现复杂的线程同步场景

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