Swift 线程安全数组

分类：Swift作者：编程之家用户

有并发的地方就存在线程安全问题，尤其是对于 Swift 这种还没有内置并发支持的语言来说线程安全问题更为突出。下面我们通过常见的数组操作来分析其中存在的线程问题，以及如何实现一个线程安全数组。

问题所在

因为无法确定执行顺序，所以并发导致的问题一般都很难模拟和测试。不过我们可以通过下面这段代码来模拟一个并发情形下导致的数据竞争问题。

var array = [Int]()
 
DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: 1000) { index in
    let last = array.last ?? 0
    array.append(last + 1)
}

这段代码中我们对数组 array 进行了 1000 次并发修改操作，虽然有些夸张但是它能很好的揭示一些并发环境下数组写操作存在的一些问题。因为对于值类型来说 Swift 采用的是 Copy On Write 机制，所以在进行 Copy On Write 处理是可能数组已经被另一个写操作给修改了。这就造成了数组中元素和数据的丢失现象，如下：

Unsafe loop count: 988.
Unsafe loop count: 991.
Unsafe loop count: 986.
Unsafe loop count: 995.

串行队列

这应该是大家都能想到的一种最常见处理方式。 由于串行队列每次都只能运行一个进程，所以即使有多个数组写操作进程我们也能确保资源的互斥访问。这样数组是从设计的并发进程安全的。

let queue = DispatchQueue(label: "SafeArrayQueue")
 
queue.async() {
  // 写操作
}
 
queue.sync() {
  // 读操作
}

由于写操作并不需要返回操作结果，所有这里可以使用异步的方式进行。而对于读操作来说则必须采用同步的方式实时返回操作结果。但是串行队列有一个最为明显的缺陷：多个读操作之间也是互斥的。很显然这种方式太过粗暴存在明显的性能问题，毕竟读操作的频率直觉上是要高过写操作的。

并发队列

采用并发队列我们就可以很好的解决上面提到的多个读操作的性能问题，不过随之而来的就是写操作的数据竞争。这与我们在学习操作系统是的 读者-作者 问题本质上是一类问题，我们可以通过共享互斥锁来解决写操作的数据竞争问题。对于 iOS 来说它就是 GCD 中的写栏栅 barrier 机制。

let queue = DispatchQueue(label: "SafeArrayQueue", attributes: .concurrent)
 
queue.async(flags: .barrier) {
  // 写操作
}
 
queue.sync() {
  // 读操作
}

上面代码中我们对异步的写操作设置了 barrier 标示，这意味着在执行异步操作代码的时候队列不能执行其他代码。而对于同步的读操作来说，由于是并发队列同时读取数据并不会存在任何性能问题。

实践

/// A thread-safe array.
public class SafeArray<Element> {
    fileprivate let queue = DispatchQueue(label: "Com.BigNerdCoding.SafeArray", attributes: .concurrent)
    fileprivate var array = [Element]()
}
 
// MARK: - Properties
public extension SafeArray {
 
    var first: Element? {
        var result: Element?
        queue.sync { result = self.array.first }
        return result
    }
 
    var last: Element? {
        var result: Element?
        queue.sync { result = self.array.last }
        return result
    }
 
    var count: Int {
        var result = 0
        queue.sync { result = self.array.count }
        return result
    }

    var isEmpty: Bool {
        var result = false
        queue.sync { result = self.array.isEmpty }
        return result
    }
    
    var description: String {
        var result = ""
        queue.sync { result = self.array.description }
        return result
    }
}
 
// MARK: - 读操作
public extension SafeArray {
    func first(where predicate: (Element) -> Bool) -> Element? {
        var result: Element?
        queue.sync { result = self.array.first(where: predicate) }
        return result
    }
    
    func filter(_ isIncluded: (Element) -> Bool) -> [Element] {
        var result = [Element]()
        queue.sync { result = self.array.filter(isIncluded) }
        return result
    }
    
    func index(where predicate: (Element) -> Bool) -> Int? {
        var result: Int?
        queue.sync { result = self.array.index(where: predicate) }
        return result
    }
    
    func sorted(by areInIncreasingOrder: (Element, Element) -> Bool) -> [Element] {
        var result = [Element]()
        queue.sync { result = self.array.sorted(by: areInIncreasingOrder) }
        return result
    }
    
    func flatMap<ElementOfResult>(_ transform: (Element) -> ElementOfResult?) -> [ElementOfResult] {
        var result = [ElementOfResult]()
        queue.sync { result = self.array.flatMap(transform) }
        return result
    }
 
    func forEach(_ body: (Element) -> Void) {
        queue.sync { self.array.forEach(body) }
    }
    
    func contains(where predicate: (Element) -> Bool) -> Bool {
        var result = false
        queue.sync { result = self.array.contains(where: predicate) }
        return result
    }
}
 
// MARK: - 写操作
public extension SafeArray {
 
    func append( _ element: Element) {
        queue.async(flags: .barrier) {
            self.array.append(element)
        }
    }
 
    func append( _ elements: [Element]) {
        queue.async(flags: .barrier) {
            self.array += elements
        }
    }
 
    func insert( _ element: Element, at index: Int) {
        queue.async(flags: .barrier) {
            self.array.insert(element, at: index)
        }
    }
 
    func remove(at index: Int, completion: ((Element) -> Void)? = nil) {
        queue.async(flags: .barrier) {
            let element = self.array.remove(at: index)
            
            DispatchQueue.main.async {
                completion?(element)
            }
        }
    }
    
    func remove(where predicate: @escaping (Element) -> Bool, completion: ((Element) -> Void)? = nil) {
        queue.async(flags: .barrier) {
            guard let index = self.array.index(where: predicate) else { return }
            let element = self.array.remove(at: index)
            
            DispatchQueue.main.async {
                completion?(element)
            }
        }
    }
 
    func removeAll(completion: (([Element]) -> Void)? = nil) {
        queue.async(flags: .barrier) {
            let elements = self.array
            self.array.removeAll()
            
            DispatchQueue.main.async {
                completion?(elements)
            }
        }
    }
}
 
public extension SafeArray {

    subscript(index: Int) -> Element? {
        get {
            var result: Element?
            
            queue.sync {
                guard self.array.startIndex..<self.array.endIndex ~= index else { return }
                result = self.array[index]
            }
            
            return result
        }
        set {
            guard let newValue = newValue else { return }
            
            queue.async(flags: .barrier) {
                self.array[index] = newValue
            }
        }
    }
}
 
 
// MARK: - Equatable
public extension SafeArray where Element: Equatable {

    func contains(_ element: Element) -> Bool {
        var result = false
        queue.sync { result = self.array.contains(element) }
        return result
    }
}
 
// MARK: - 自定义操作符
public extension SynchronizedArray {
 
    static func +=(left: inout SynchronizedArray, right: Element) {
        left.append(right)
    }
 
    static func +=(left: inout SynchronizedArray, right: [Element]) {
        left.append(right)
    }
}

通过 filePrivate 属性 array 和 queue ， SafeArray 成功的实现了大多数数组常用功能，更为关键的是该类型并发安全：所有的写操作都通过 barrier 方式的异步进行，而读操作则与内置 Array 没有什么区别。

需要注意的是：我们使用同样的方式可以实现并发安全的 Dictionary 类似：SynchronizedDictionary。

接下来，我们可以对传统的非并发安全数组和 SafeArray 进行以下比较：

import Foundation
import PlaygroundSupport
 
// Thread-unsafe array
do {
    var array = [Int]()
    var iterations = 1000
    let start = Date().timeIntervalSince1970
 
    DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: iterations) { index in
        let last = array.last ?? 0
        array.append(last + 1)
 
        DispatchQueue.global().sync {
            iterations -= 1
        
            // Final loop
            guard iterations <= 0 else { return }
            let message = String(format: "Unsafe loop took %.3f seconds,count: %d.",
                Date().timeIntervalSince1970 - start,
                array.count)
            print(message)
        }
    }
}
 
// Thread-safe array
do {
    var array = SafeArray<Int>()
    var iterations = 1000
    let start = Date().timeIntervalSince1970
 
    DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: iterations) { index in
        let last = array.last ?? 0
        array.append(last + 1)
 
        DispatchQueue.global().sync {
            iterations -= 1
        
            // Final loop
            guard iterations <= 0 else { return }
            let message = String(format: "Safe loop took %.3f seconds,
                array.count)
            print(message)
        }
    }
}
 
PlaygroundPage.current.needsIndefiniteExecution = true

得到的输出可能如下：

Unsafe loop took 1.031 seconds, count: 989.
Safe loop took 1.363 seconds, count: 1000.

虽然由于使用了 GCD 机制导致速度慢了 30% 左右并且使用了更多的内存，但是与之对应的是我们实现了一个并发安全的数组类型。

版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点与技术仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容， 请发送邮件至 dio@foxmail.com 举报，一经查实，本站将立刻删除。

相关推荐

效率成吨提升之代码生成器-蓝湖工具神器iOS,Android,Swift,Flutter
软件简介:蓝湖辅助工具,减少移动端开发中控件属性的复制和粘贴.待开发的功能:1.支持自动生成约束2.开发设置页面3.做一个浏览器插件,支持不需要下载整个工程,可即时操作当前蓝湖浏览页面4.支持Flutter语言模板生成5.支持更多平台,如Sketch等6.支持用户自定义语言模板
【Audio音频开发】音频基础知识及PCM技术详解
现实生活中，我们听到的声音都是时间连续的，我们称为这种信号叫模拟信号。模拟信号需要进行数字化以后才能在计算机中使用。目前我们在计算机上进行音频播放都需要依赖于音频文件。那么音频文件如何生成的呢？音频文件的生成过程是将声音信息采样、量化和编码产生的数字信号的过程，我们人耳所能听到的声音频率范围为（20Hz~20KHz），因此音频文件格式的最大带宽是20KHZ。根据奈奎斯特的理论，音频文件的采样率一般在40~50KHZ之间。奈奎斯特采样定律，又称香农采样定律。...............
见过仙女蹦迪吗？一起用python做个小仙女代码蹦迪视频
前言最近在B站上看到一个漂亮的仙女姐姐跳舞视频，循环看了亿遍又亿遍，久久不能离开！看着小仙紫姐姐的蹦迪视频，除了一键三连还能做什么？突发奇想，能不能把舞蹈视频转成代码舞呢？说干就干，今天就手把手教大家如何把跳舞视频转成代码舞，跟着仙女姐姐一起蹦起来~视频来源：【紫颜】见过仙女蹦迪吗 【千盏】一、核心功能设计总体来说，我们需要分为以下几步完成：从B站上把小姐姐的视频下载下来对视频进行截取GIF，把截取的GIF通过ASCII Animator进行ASCII字符转换把转换的字符gif根据每
【Android App】实战项目之仿抖音的短视频分享App附源码和演示视频 超详细必看
【Android App】实战项目之仿抖音的短视频分享App（附源码和演示视频 超详细必看）
自定义ava数据集及训练与测试 完整版 时空动作/行为 视频数据集制作 yolov5, deep sort, VIA MMAction, SlowFast
前言这一篇博客应该是我花时间最多的一次了，从2022年1月底至2022年4月底。我已经将这篇博客的内容写为论文，上传至arxiv：https://arxiv.org/pdf/2204.10160.pdf欢迎大家指出我论文中的问题，特别是语法与用词问题在github上，我也上传了完整的项目：https://github.com/Whiffe/Custom-ava-dataset_Custom-Spatio-Temporally-Action-Video-Dataset关于自定义ava数据集，也是后台
【视频+源码】登录鉴权的三种方式：token、jwt、session实战分享
因为我既对接过session、cookie，也对接过JWT，今年因为工作需要也对接了gtoken的2个版本，对这方面的理解还算深入。尤其是看到官方文档评论区又小伙伴表示看不懂，所以做了这期视频内容出来：视频在这里：本期内容对应B站的开源视频因为涉及的知识点比较多，视频内容比较长。如果你觉得看视频浪费时间，可以直接阅读源码：goframe v2版本集成gtokengoframe v1版本集成gtokengoframe v2版本集成jwtgoframe v2版本session登录官方调用示例文档jwt和sess
【Android App】实战项目之仿微信的私信和群聊App附源码和演示视频 超详细必看
【Android App】实战项目之仿微信的私信和群聊App（附源码和演示视频 超详细必看）
零基础用Android Studio实现简单的本地视频播放器
用Android Studio的VideoView组件实现简单的本地视频播放器。本文将讲解如何使用Android视频播放器VideoView组件来播放本地视频和网络视频，实现起来还是比较简单的。VideoView组件的作用与ImageView类似，只是ImageView用于显示图片，VideoView用于播放视频。...
采用MATLAB对正弦信号，语音信号进行生成、采样和恢复，利用MATLAB工具箱对混杂噪声的音频信号进行滤波
采用MATLAB对正弦信号，语音信号进行生成、采样和内插恢复，利用MATLAB工具箱对混杂噪声的音频信号进行滤波
Keras深度学习实战40——音频生成
随着移动互联网、云端存储等技术的快速发展，包含丰富信息的音频数据呈现几何级速率增长。这些海量数据在为人工分析带来困难的同时，也为音频认知、创新学习研究提供了数据基础。在本节中，我们通过构建生成模型来生成音频序列文件，从而进一步加深对序列数据处理问题的了解。
视频实时行为检测——基于yolov5+deepsort+slowfast算法
基于yolov5+deepsort+slowfast算法的视频实时行为检测。1. yolov5实现目标检测，确定目标坐标 2. deepsort实现目标跟踪，持续标注目标坐标 3. slowfast实现动作识别，并给出置信率 4. 用框持续框住目标，并将动作类别以及置信度显示在框上
数电实验 数字电子钟设计 基于quartus 实现计时校时闹钟秒表稍复杂音频 分享电路图设计以及工程文件
数字电子钟设计本文主要完成数字电子钟的以下功能1、计时功能（24小时）2、秒表功能（一个按键实现开始暂停，另一个按键实现清零功能）3、闹钟功能（设置闹钟以及到时响10秒）4、校时功能5、其他功能（清零、加速、星期、八位数码管显示等）前排提示：前面几篇文章介绍过的内容就不详细介绍了，可以看我专栏的前几篇文章。PS.工程文件放在最后面总体设计本次设计主要是在前一篇文章 数字电子钟基本功能的实现 的基础上改编而成的，主要结构不变，分频器将50MHz分为较低的频率备用；dig_select
腾讯会议使用OBS虚拟摄像头
1.进入官网下载OBS stdioOpen Broadcaster Software | OBS (obsproject.com)2.下载一个插件,拓展OBS的虚拟摄像头功能链接：OBS 虚拟摄像头插件.zip_免费高速下载|百度网盘-分享无限制 (baidu.com)提取码：6656--来自百度网盘超级会员V1的分享**注意**该插件必须下载但OBS的根目录(应该是自动匹配了的)3.打开OBS,选中虚拟摄像头选择启用在底部添加一段视频录制选择下面,进行录制.
文本生成视频Make-A-Video，根据一句话就能一键生成视频 Meta新AI模型
Meta公司在9月29日首次推出一款人工智能系统模型：Make-A-Video，可以从给定的文字提示生成短视频。基于**文本到图像生成技术的最新进展**，该技术旨在实现文本到视频的生成，可以仅用几个单词或几行文本生成异想天开、独一无二的视频，将无限的想象力带入生活
信号处理——MATLAB音频信号加噪、滤波
音频信号叠加噪声及滤波一、前言二、信号分析及加噪三、滤波去噪四、总结一、前言之前一直对硬件上的内容比较关注，但是可能是因为硬件方面的东西可能真的是比较杂，而且需要渗透的东西太多了，所以学习进展比较缓慢。因为也很少有单纯的硬件学习研究，总是会伴随着各种理论需要硬件做支撑，所以还是想要慢慢接触理论学习。但是之前总找不到切入点，不知道从哪里开始，就一直拖着。最近稍微接触了一点信号处理，就用这个当作切入点，开始接触理论学习。二、信号分析及加噪信号处理选用了matlab做工具，选了一个最简单的语音信号处理方
【新知实验室 - TRTC 实践】音视频互动 Demo、即时通信 IM 服务搭建
腾讯云 TRTC 实时音视频服务体验，从认识 TRTC 到 TRTC 的开发实践，Demo 演示& IM 服务搭建。
Keras深度学习实战39——音乐音频分类
音乐音频分类技术能够基于音乐内容为音乐添加类别标签,在音乐资源的高效组织、检索和推荐等相关方面的研究和应用具有重要意义。传统的音乐分类方法大量使用了人工设计的声学特征，特征的设计需要音乐领域的知识，不同分类任务的特征往往并不通用。深度学习的出现给更好地解决音乐分类问题提供了新的思路，本文对基于深度学习的音乐音频分类方法进行了研究。首先将音乐的音频信号转换成声谱作为统一表示，避免了手工选取特征存在的问题，然后基于一维卷积构建了一种音乐分类模型。
C++游戏game | 井字棋游戏坤坤版配资源+视频【赋源码，双人对战】
C++知识精讲16 | 井字棋游戏（配资源+视频）【赋源码，双人对战】
基于FFmpeg的Java视频Mp4转GIF初探
本文主要讲解如何在Java中，使用FFmpeg进行视频的帧读取，并最终合并成Gif动态图。
深入浅出 Swift 中的 some、any 关键字以及主关联类型primary associated types
在本篇博文中，我们谈及了 Swift 中 some、any 关键字以及主关联类型（primary associated types）的前世今生，并由浅及深用简明的示例向大家讲解了它们之间的奥秘玄机。
pythonJavaScriptjavaHTMLPHPreactjsC#AndroidCSSNode.jssqlrpython-3.xMysqLjQueryc++pandasFlutterangularIOSdjangolinuxswifttypescript路由器JSON路由器设置无线路由器h3c华三华三路由器设置华三路由器电脑软件教程arraysdocker软件图文教程Cvue.jslaravelspring-boot