面试题：Objective-C多任务处理中的资源竞争问题及解决方案

Question

在Objective-C的多任务处理场景下，不同任务可能会竞争共享资源。请举例说明一种可能出现资源竞争的场景，比如多个后台任务同时访问并修改同一个数据库记录。详细阐述你会采取哪些措施来避免资源竞争，确保数据的一致性和程序的稳定性，例如使用锁机制或其他并发控制技术，并说明每种方案的优缺点。

Answer 1

资源竞争场景举例

以多个后台任务同时访问并修改同一个数据库记录为例，比如在一个电商应用中，有两个后台任务，任务A负责处理用户下单时减少商品库存，任务B负责处理商品补货操作增加库存。假设当前商品库存为100，任务A读取库存为100后，还未进行库存减少操作时，任务B也读取库存为100，然后任务A减少库存变为99，任务B增加库存变为101，而不是正确的102，这就出现了资源竞争导致数据不一致。

避免资源竞争的措施

1. 锁机制

• 互斥锁（Mutex）：
  • 使用方法：在Objective-C中，可以使用NSLock类。例如：

NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];
// 进入临界区
[lock lock];
// 访问和修改数据库记录的代码
[lock unlock];
// 离开临界区

- **优点**：实现简单，能有效防止多个线程同时进入临界区，保证数据一致性。
- **缺点**：如果一个线程在持有锁时发生阻塞，其他线程将一直等待，可能导致性能问题。而且如果使用不当，容易产生死锁，比如多个线程互相等待对方释放锁。

• 读写锁（Read - Write Lock）：
  • 使用方法：可以使用pthread_rwlock（在Objective - C中可以封装使用）。读操作时：

pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
// 执行读数据库记录操作
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

写操作时：

pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
// 执行写数据库记录操作
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

- **优点**：允许多个线程同时进行读操作，提高了读性能，适用于读多写少的场景。写操作时会独占锁，保证数据一致性。
- **缺点**：实现相对复杂。如果写操作频繁，读操作可能会长时间等待，降低整体性能。同样存在死锁风险。

2. 队列调度

• GCD（Grand Central Dispatch）：
  • 使用方法：利用串行队列，将所有对数据库的操作都放到同一个串行队列中执行。例如：

dispatch_queue_t serialQueue = dispatch_queue_create("com.example.databaseQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
dispatch_async(serialQueue, ^{
    // 访问和修改数据库记录的代码
});

- **优点**：基于队列的方式，简单易用，不需要手动管理锁，避免了死锁问题。并且GCD会自动管理线程，提高了系统资源利用率。
- **缺点**：由于是串行执行，在高并发场景下，可能会导致任务积压，影响性能。

• NSOperationQueue：
  • 使用方法：创建一个NSOperationQueue，并设置其最大并发数为1，然后将所有与数据库操作相关的NSOperation添加到该队列中。例如：

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue.maxConcurrentOperationCount = 1;
NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    // 访问和修改数据库记录的代码
}];
[queue addOperation:operation];

- **优点**：面向对象的方式，易于理解和维护。通过设置最大并发数，可以灵活控制并发度，一定程度上避免资源竞争。
- **缺点**：相比GCD，使用起来稍显复杂。同样在高并发场景下，可能因并发度限制导致任务执行效率降低。

3. 信号量（Semaphore）

• 使用方法：在Objective - C中，可以使用dispatch_semaphore。例如：

dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 访问和修改数据库记录的代码
dispatch_semaphore_signal(semaphore);

- **优点**：可以控制同时访问资源的线程数量，比互斥锁更灵活。例如可以允许一定数量的线程同时读数据库。
- **缺点**：如果信号量的值设置不当，可能达不到预期的并发控制效果，而且同样可能出现死锁问题。