面试题：Objective-C NSFileManager在多线程环境下的文件操作优化

Question

在一个多线程的Objective-C应用程序中，多个线程可能同时使用NSFileManager进行文件读写操作。请阐述可能出现的问题及解决方案，包括如何保证数据一致性和提高性能，可结合具体场景举例说明，并给出相应的代码示例。

Answer 1

可能出现的问题

1. 数据竞争：多个线程同时读写文件，可能导致数据不一致。例如，一个线程正在写入文件，另一个线程同时读取，可能读取到不完整的数据。
2. 文件损坏：如果多个线程同时写入文件，可能会导致文件内容混乱或损坏。

解决方案

1. 使用锁机制：可以使用互斥锁（如NSLock、pthread_mutex等）来保证同一时间只有一个线程可以访问文件。
2. 队列操作：利用NSOperationQueue或DispatchQueue，将文件操作任务添加到队列中，按顺序执行，避免并发操作。
3. 使用文件专用线程：创建一个专门用于文件操作的线程，所有文件相关的操作都在这个线程中执行。

具体场景及代码示例

假设我们有一个应用程序，多个线程需要向同一个日志文件中写入日志。

使用NSLock示例

#import <Foundation/Foundation.h>

// 创建一个全局的NSLock对象
NSLock *fileLock = nil;

void writeLogToFile(NSString *logMessage) {
    if (!fileLock) {
        fileLock = [[NSLock alloc] init];
    }
    // 加锁
    [fileLock lock];
    
    NSFileManager *fileManager = [NSFileManager defaultManager];
    NSString *documentsPath = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) firstObject];
    NSString *logFilePath = [documentsPath stringByAppendingPathComponent:@"log.txt"];
    
    // 检查文件是否存在，不存在则创建
    if (![fileManager fileExistsAtPath:logFilePath]) {
        [fileManager createFileAtPath:logFilePath contents:nil attributes:nil];
    }
    
    // 写入日志
    NSFileHandle *fileHandle = [NSFileHandle fileHandleForWritingAtPath:logFilePath];
    [fileHandle seekToEndOfFile];
    [fileHandle writeData:[logMessage dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];
    [fileHandle writeData:[@"\n" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];
    [fileHandle closeFile];
    
    // 解锁
    [fileLock unlock];
}

// 模拟多线程写入日志
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    dispatch_async(concurrentQueue, ^{
        NSString *logMessage = [NSString stringWithFormat:@"Log message %d", i];
        writeLogToFile(logMessage);
    });
}

使用DispatchQueue示例

#import <Foundation/Foundation.h>

// 创建一个串行队列
dispatch_queue_t fileQueue = dispatch_queue_create("com.example.fileQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

void writeLogToFile(NSString *logMessage) {
    dispatch_sync(fileQueue, ^{
        NSFileManager *fileManager = [NSFileManager defaultManager];
        NSString *documentsPath = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) firstObject];
        NSString *logFilePath = [documentsPath stringByAppendingPathComponent:@"log.txt"];
        
        if (![fileManager fileExistsAtPath:logFilePath]) {
            [fileManager createFileAtPath:logFilePath contents:nil attributes:nil];
        }
        
        NSFileHandle *fileHandle = [NSFileHandle fileHandleForWritingAtPath:logFilePath];
        [fileHandle seekToEndOfFile];
        [fileHandle writeData:[logMessage dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];
        [fileHandle writeData:[@"\n" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];
        [fileHandle closeFile];
    });
}

// 模拟多线程写入日志
dispatch_queue_t concurrentQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    dispatch_async(concurrentQueue, ^{
        NSString *logMessage = [NSString stringWithFormat:@"Log message %d", i];
        writeLogToFile(logMessage);
    });
}

通过上述方法，可以有效避免多线程文件操作中的数据一致性问题，并在一定程度上提高性能。使用锁机制简单直接，但可能会影响性能；队列操作更适合复杂的任务调度和并发控制。