面试题：Objective-C多线程死锁在复杂业务场景下的深度分析与优化

Question

在一个大型Objective-C项目中，涉及到多个线程之间复杂的资源交互和同步操作，出现了间歇性死锁现象，很难复现和定位。请详细说明你会采取怎样的策略来全面深入分析这种死锁问题，包括从代码结构、资源管理、线程调度等多方面进行剖析，并给出一套完整的优化方案以彻底解决该死锁问题。

Answer 1

死锁分析策略

1. 代码结构分析
   • 检查锁的获取顺序：遍历所有涉及锁操作的代码，确保不同线程获取锁的顺序一致。例如，若线程A按顺序获取锁L1和L2，线程B也应按同样顺序获取，否则可能导致死锁。
   • 梳理递归锁使用：查看是否存在递归锁的误用。递归锁允许同一线程多次获取而不产生死锁，但如果在错误的场景下使用，也可能造成死锁。检查递归锁的获取和释放逻辑是否匹配。
   • 分析条件竞争：检查条件变量的使用，确保在等待条件变量时正确释放锁，并且在条件满足后重新获取锁的逻辑正确。例如，在pthread_cond_wait调用前要释放相关锁，等待返回后重新获取。
2. 资源管理分析
   • 资源依赖关系梳理：绘制资源依赖图，明确各个资源之间的依赖关系。确定哪些资源是共享的，以及不同线程对这些资源的访问模式。例如，如果资源R1依赖于资源R2，那么在访问R1之前必须先正确获取R2。
   • 资源的生命周期管理：检查资源的创建、使用和释放过程。确保资源在不再使用时能被正确释放，避免资源泄漏导致的潜在死锁。例如，检查文件描述符、网络连接等资源的关闭逻辑。
3. 线程调度分析
   • 线程优先级设置：检查线程优先级的设置是否合理。不合理的优先级设置可能导致某些线程长时间得不到调度，从而引发死锁。例如，高优先级线程持续占用资源，低优先级线程无法获取资源而陷入死锁。
   • 调度策略检查：查看使用的线程调度策略，如抢占式调度或协作式调度。在协作式调度中，如果线程不主动让出CPU，可能导致其他线程无法执行，进而死锁。检查线程的让出逻辑是否正确。
   • 线程数量分析：分析线程数量是否过多。过多的线程可能导致系统资源紧张，增加死锁的可能性。可以通过性能分析工具查看线程的活动情况，确定是否需要减少线程数量。

优化方案

1. 代码结构优化
   • 统一锁获取顺序：制定明确的锁获取顺序规范，并在代码中严格遵循。例如，可以按照锁的名称或资源ID的字典序获取锁。
   • 简化递归锁使用：尽量避免使用递归锁，若必须使用，确保在每个递归层次都有清晰的获取和释放逻辑。
   • 修复条件竞争：确保条件变量的使用符合正确的模式，在等待条件变量时正确释放和重新获取锁。可以使用封装好的条件变量操作函数，减少人为错误。
2. 资源管理优化
   • 优化资源依赖：根据资源依赖图，优化资源的获取和释放顺序，打破潜在的死锁循环。例如，可以通过调整资源获取逻辑，使依赖关系更简单清晰。
   • 加强资源生命周期管理：使用自动释放池（如@autoreleasepool）来管理Objective - C对象的内存，确保资源在不再使用时能被及时释放。对于非Objective - C资源，如文件描述符，建立资源管理类来统一管理创建、使用和释放操作。
3. 线程调度优化
   • 合理设置线程优先级：根据任务的重要性和实时性要求，合理设置线程优先级。避免高优先级线程长时间占用资源，保证低优先级线程也能有机会执行。
   • 优化调度策略：如果使用协作式调度，确保线程能及时让出CPU。可以在线程执行一段任务后，主动调用NSThread的相关方法（如[NSThread yield]）让出CPU。
   • 控制线程数量：通过线程池等技术来控制线程数量，避免过多线程导致的资源竞争和死锁。例如，可以使用NSOperationQueue来管理任务，它会自动根据系统资源调整并发线程数量。
4. 监控与调试
   • 添加日志输出：在关键的锁获取、释放以及资源访问点添加详细的日志输出，记录线程ID、时间戳等信息。通过分析日志来定位死锁发生的具体位置和上下文。
   • 使用调试工具：利用Xcode的调试工具，如线程调试器（Thread Debugger），查看线程的状态、调用栈等信息。在运行时观察线程的执行情况，找出死锁发生时线程的阻塞点。
   • 模拟测试：设计专门的测试用例来模拟死锁场景，通过增加线程数量、调整资源访问频率等方式，提高死锁复现的概率。在测试环境中定位和解决死锁问题，再将优化方案应用到实际项目中。