面试题：Objective-C锁机制在高并发场景下的优化策略

Question

假设你正在开发一个高并发的Objective-C应用，其中存在大量线程频繁访问共享资源，现有锁机制已出现性能瓶颈。请阐述你会采取哪些优化策略来改善这种情况，包括但不限于对现有锁机制的改进、引入新的并发控制技术等，并分析每种策略的优缺点。

Answer 1

1. 改进现有锁机制

• 使用更细粒度的锁
  • 优点：减少锁的竞争范围，提高并发度。例如，将对整个数据结构加锁改为对数据结构中的不同部分分别加锁，这样不同线程可以同时访问数据结构的不同部分。
  • 缺点：增加代码复杂度，需要更精细地管理锁的粒度和边界，容易出现死锁情况。
• 优化锁的持有时间
  • 优点：尽量缩短锁的持有时间，让其他线程能更快获取锁，提升整体性能。比如，在锁内只执行必要的操作，将一些无关操作移到锁外。
  • 缺点：需要对业务逻辑有深入理解，确保移到锁外的操作不会破坏数据一致性等问题。

2. 引入新的并发控制技术

• 读写锁（Read - Write Lock）
  • 优点：适合读多写少的场景，允许多个线程同时读共享资源，只有写操作时才需要独占锁。这样可以大大提高读操作的并发性能。
  • 缺点：如果写操作频繁，会导致读线程长时间等待，可能出现写饥饿现象。而且读写锁的实现和使用相对复杂。
• 信号量（Semaphore）
  • 优点：可以控制同时访问共享资源的线程数量，比互斥锁更加灵活。适用于限制资源访问数量的场景，如数据库连接池。
  • 缺点：使用不当可能导致线程过度竞争信号量，同样出现性能问题，并且也需要仔细设计信号量的初始值和使用逻辑。
• 原子操作（Atomic Operations）
  • 优点：对于简单数据类型的操作，使用原子操作无需加锁，性能高且代码简洁。例如对 NSAtomicInteger 类型变量的操作。
  • 缺点：只能用于一些简单的原子操作，对于复杂数据结构或操作无法直接使用，适用范围有限。
• Grand Central Dispatch (GCD)
  • 优点：基于队列的异步编程模型，自动管理线程的生命周期，减少线程创建和销毁的开销。提供了方便的并发控制机制，如并发队列和同步队列，可以根据业务需求灵活配置。并且GCD对多核处理器有很好的优化，能充分利用多核性能。
  • 缺点：如果对GCD理解不深入，使用不当可能会导致死锁或其他难以调试的问题。而且对于一些复杂的同步需求，可能需要更多的代码来实现。
• NSOperationQueue
  • 优点：提供了一种基于队列的任务管理方式，可以方便地控制任务的优先级、依赖关系等。通过设置队列的最大并发数，可以有效控制并发度。
  • 缺点：相比GCD，NSOperationQueue的使用相对复杂，需要创建 NSOperation 子类或使用 NSBlockOperation 来封装任务，配置和管理任务依赖关系也需要更多代码。