面试题：Objective-C 可维护性设计中的多线程与锁机制

Question

在多线程编程中，Objective-C 提供了多种锁机制，如 NSLock、NSRecursiveLock、@synchronized 等。请详细分析这些锁机制在不同应用场景下的优缺点，以及如何选择合适的锁机制来确保代码的线程安全与可维护性。假设你正在开发一个高并发的 iOS 金融应用，涉及大量数据的读写操作，你会如何设计多线程与锁机制来保证数据的一致性和程序的稳定性？

Answer 1

1. 锁机制优缺点分析

• NSLock
  • 优点：简单易用，适用于基本的线程同步场景，开销相对较小。
  • 缺点：如果在同一线程中重复锁定，会导致死锁。
  • 适用场景：适用于简单的、不涉及递归调用的资源同步场景，比如对一个简单变量的读写保护。
• NSRecursiveLock
  • 优点：允许同一线程多次获取锁而不会造成死锁，适合递归函数或方法中需要多次锁定的场景。
  • 缺点：相对普通锁开销稍大，因为需要额外记录锁的持有次数。
  • 适用场景：递归算法或多层嵌套调用且需要同步的场景。
• @synchronized
  • 优点：语法简洁，使用方便，不需要显式创建锁对象，编译器自动管理锁的生命周期。
  • 缺点：性能相对较低，尤其是在高并发场景下，因为它是基于对象的锁，锁粒度较大，并且无法设置超时等高级特性。
  • 适用场景：适用于对代码侵入性要求低、对性能要求不是特别高的一般同步场景。

2. 高并发 iOS 金融应用多线程与锁机制设计

• 数据读写分离：将数据的读操作和写操作分开处理。读操作可以允许多个线程同时进行，而写操作需要进行同步控制。
• 选择合适的锁：
  • 对于读操作，使用读写锁（如 dispatch_queue_create 并设置为 concurrent 队列，结合 dispatch_barrier_async 处理写操作）。读操作可以并发执行，提高效率。
  • 对于写操作，使用 NSLock 或者更高效的 os_unfair_lock（在 iOS 10 及以上）。os_unfair_lock 性能较高，适合高并发场景，但需要手动管理锁的状态。
• 数据结构优化：选择线程安全的数据结构，如 dispatch_queue 结合 NSMutableArray 实现线程安全的数组操作。
• 监控与调试：使用 Instruments 工具中的 Thread Sanitizer 等功能，检测潜在的线程安全问题，确保数据一致性和程序稳定性。
• 避免锁竞争：尽量减少锁的持有时间，将非关键操作放在锁外面执行，降低锁竞争的可能性。