面试题：Flutter异步操作与数据存储结合时如何处理并发一致性问题

Question

在Flutter应用中，多个异步任务同时进行数据存储操作（如同时有网络数据下载存储和本地数据更新存储），可能会引发数据一致性问题。请详细说明如何使用锁机制、事务处理或其他策略，确保在高并发场景下数据存储的一致性，并给出相应的代码示例和理论依据。

Answer 1

使用锁机制确保数据一致性

1. 理论依据：
   • 在Flutter中，锁机制可以防止多个异步任务同时访问和修改共享资源（这里指数据存储）。通过锁定资源，当一个任务获取到锁时，其他任务必须等待锁释放后才能访问该资源，从而避免了数据竞争和不一致问题。
2. 代码示例：

import 'dart:async';
import 'dart:io';
import 'package:path_provider/path_provider.dart';
import 'package:sqflite/sqflite.dart';

// 创建一个锁对象
final Lock lock = Lock();

Future<void> performNetworkDownloadAndStore() async {
  await lock.synchronized(() async {
    // 模拟网络数据下载
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 2));
    String data = "Downloaded data";
    // 存储到本地数据库
    Directory documentsDirectory = await getApplicationDocumentsDirectory();
    String path = join(documentsDirectory.path, 'test.db');
    Database database = await openDatabase(path, version: 1,
        onCreate: (Database db, int version) async {
      await db.execute('CREATE TABLE data (id INTEGER PRIMARY KEY, value TEXT)');
    });
    await database.insert('data', {'value': data});
  });
}

Future<void> performLocalDataUpdate() async {
  await lock.synchronized(() async {
    // 模拟本地数据更新
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 1));
    String newData = "Updated local data";
    Directory documentsDirectory = await getApplicationDocumentsDirectory();
    String path = join(documentsDirectory.path, 'test.db');
    Database database = await openDatabase(path, version: 1,
        onCreate: (Database db, int version) async {
      await db.execute('CREATE TABLE data (id INTEGER PRIMARY KEY, value TEXT)');
    });
    await database.update('data', {'value': newData}, where: 'id = 1');
  });
}

在上述代码中，Lock类来自dart:io库，synchronized方法确保传入的异步函数在同一时间只有一个能执行，从而保证了数据存储的一致性。

使用事务处理确保数据一致性

1. 理论依据：
   • 事务是一个不可分割的操作序列，要么全部成功执行，要么全部失败回滚。在数据存储中，事务可以保证多个相关的数据操作作为一个整体，要么都成功保存到数据库，要么都不保存，这样可以确保数据的一致性。例如，在更新多条相关记录时，如果其中一条更新失败，事务回滚可以保证其他记录不会被错误地更新。
2. 代码示例：

import 'dart:async';
import 'package:path_provider/path_provider.dart';
import 'package:sqflite/sqflite.dart';

Future<void> performComplexDataOperation() async {
  Directory documentsDirectory = await getApplicationDocumentsDirectory();
  String path = join(documentsDirectory.path, 'test.db');
  Database database = await openDatabase(path, version: 1,
      onCreate: (Database db, int version) async {
    await db.execute('CREATE TABLE data (id INTEGER PRIMARY KEY, value TEXT)');
  });
  await database.transaction((txn) async {
    // 模拟网络数据下载存储
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 2));
    String networkData = "Downloaded data";
    await txn.insert('data', {'value': networkData});
    // 模拟本地数据更新
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 1));
    String newLocalData = "Updated local data";
    await txn.update('data', {'value': newLocalData}, where: 'id = 1');
  });
}

在这段代码中，database.transaction方法开启一个事务，在事务块内的所有数据库操作要么全部成功提交，要么在任何一个操作失败时全部回滚，从而保证了数据一致性。

其他策略

1. 队列处理：
   • 理论依据：将所有的数据存储操作放入一个队列中，然后按顺序依次处理。这样可以避免多个任务同时操作数据存储，保证数据一致性。例如，先进入队列的网络下载存储任务先执行，完成后再执行本地数据更新存储任务。
   • 代码示例：

import 'dart:async';
import 'package:path_provider/path_provider.dart';
import 'package:sqflite/sqflite.dart';

final Queue<Future<void>> operationQueue = Queue();

Future<void> addOperationToQueue(Future<void> operation) {
  Completer<void> completer = Completer();
  operationQueue.add(operation.then((_) {
    completer.complete();
    if (operationQueue.isNotEmpty) {
      addOperationToQueue(operationQueue.removeFirst());
    }
  }).catchError((error) {
    completer.completeError(error);
  }));
  if (operationQueue.length == 1) {
    addOperationToQueue(operationQueue.removeFirst());
  }
  return completer.future;
}

Future<void> performNetworkDownloadAndStore() async {
  await addOperationToQueue(() async {
    // 模拟网络数据下载
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 2));
    String data = "Downloaded data";
    // 存储到本地数据库
    Directory documentsDirectory = await getApplicationDocumentsDirectory();
    String path = join(documentsDirectory.path, 'test.db');
    Database database = await openDatabase(path, version: 1,
        onCreate: (Database db, int version) async {
      await db.execute('CREATE TABLE data (id INTEGER PRIMARY KEY, value TEXT)');
    });
    await database.insert('data', {'value': data});
  });
}

Future<void> performLocalDataUpdate() async {
  await addOperationToQueue(() async {
    // 模拟本地数据更新
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 1));
    String newData = "Updated local data";
    Directory documentsDirectory = await getApplicationDocumentsDirectory();
    String path = join(documentsDirectory.path, 'test.db');
    Database database = await openDatabase(path, version: 1,
        onCreate: (Database db, int version) async {
      await db.execute('CREATE TABLE data (id INTEGER PRIMARY KEY, value TEXT)');
    });
    await database.update('data', {'value': newData}, where: 'id = 1');
  });
}

在这个示例中，addOperationToQueue方法将异步操作添加到队列中，并按顺序依次执行，保证了数据存储的一致性。