【转】数据存储——APP 缓存数据线程安全问题探讨

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问题

通常一个 iOS APP 作的事就是：请求数据->保存数据->展现数据，通常用 Sqlite 做为持久存储层，保存从网络拉取的数据，下次读取能够直接从 Sqlite DB 读取。咱们先忽略从网络请求数据这一环节，假设数据已经保存在 DB 里，那咱们要作的事就是，ViewController 从 DB 取数据，再传给 view 渲染：

这是最简单的状况，随着程序变复杂，多个 ViewController 都要向 DB 取数据，ViewController自己也会由于数据变化从新去 DB 取数据，会有两个问题：

• 数据每次有变更，ViewController 都要从新去DB读取，作 IO 操做。
• 多个 ViewController 之间可能会共用数据，例如同一份数据，原本在 Controller1 已经从 DB 取出来了，在 Controller2 要使用得从新去 DB 读取，浪费 IO。

对这里作优化，天然会想到在 DB 和 VC 层之间再加一层 cache，把从 DB 读取出来的数据 cache 在内存里，下次来取一样的数据就不须要再去磁盘读取 DB 了。

几乎全部的数据库框架都作了这个事情，包括微信读书开源的 GYDataCenter，CoreData，Realm 等。但这样作会致使一个问题，就是数据的线程安全问题。

按上面的设计，Cache层会有一个集合，持有从DB读取的数据。

除了 VC 层，其余层也会从cache取数据，例如网络层。上层拿到的数据都是对 cache 层这里数据的引用：

可能还会在网络层子线程，或其余一些用于预加载的子线程使用到，若是某个时候一条子线程对这个 Book1 对象的属性进行修改，同时主线程在读这个对象的属性，就会 crash，由于通常咱们为了性能会把对象属性设为nonatomic，是非线程安全的，多线程读写时会有问题：

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//Network WRBook *book = [WRCache bookWithId:@“10000”]; book.fav = YES ;   //子线程在写 [book save];   //VC1 WRBook *book = [WRCache bookWithId:@“10000”]; self .view.title = book.title;   //主线程在读

能够经过这个测试看到 crash 场景：

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@interface TestMultiThread : NSObject @property ( nonatomic ) NSArray *arr; @end   @implementation TestMultiThread @end   TestMultiThread *obj = [[TestMultiThread alloc] init]; for ( int i = 0; i < 100000; i ++) {      dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{          id a = obj.arr;      });      dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{          obj.arr = [ NSArray arrayWithObject: @"b" ];      }); }

解决方案

对这种状况，通常有三种解决方案：

1. 加锁

既然这个对象的属性是非线程安全的，那加锁让它变成线程安全就好了。能够给每一个对象自定义一个锁，也能够直接用 OC 里支持的属性指示符 atomic：

1	@property (atomic) NSArray *arr;

这样就不用担忧多线程同时读写的问题了。但在APP里大规模使用锁极可能会致使出现各类不可预测的问题，锁竞争，优先级反转，死锁等，会让整个APP复杂性增大，问题难以排查，并非一个好的解决方案。

2. 分线程cache

另外一种方案是一条线程建立一个 cache，每条线程只对这条线程对应的 cache 进行读写，这样就没有线程安全问题了。CoreData 和 Realm 都是这种作法，但这个方案有两个缺点：

• a.使用者须要知道当前代码在哪条线程执行。
• b.多条线程里的 cache 数据须要同步。

CoreData 在不一样线程要建立本身的 NSManagedObjectContext，这个 context 里维护了本身的 cache，若是某条子线程没有建立 NSManagedObjectContext，要读取数据就须要经过 performBlockAndWait: 等接口跑到其余线程去读取。若是多个 context 须要同步 cache 数据，就要调用它的 merge 方法，或者经过 parent-children context 层级结构去作。这致使它多线程使用起来很麻烦，API 友好度极低。

Realm 作得好一点，会在线程 runloop 开始执行时自动去同步数据，但若是线程没有 runloop 就须要手动去调 Realm.refresh() 同步。使用者仍是须要明确知道代码在哪条线程执行，避免在多线程之间传递对象。

3.数据不可变

咱们的问题是多线程同时读写致使，那若是只读不写，是否是就没有问题了？数据不可变指的就是一个数据对象生成后，对象里的属性值不会再发生改变，不容许像上述例子那样 book.fav = YES 直接设置，若一个对象属性值变了，那就新建一个对象，直接整个替换掉这个旧的对象：

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//WRCache @implementation WRCache +( void ) updateBookWithId:( NSString *)bookId params:( NSDictionary *)params {      [WRDBCenter updateBookWithId:@“10000” params:{@“fav”: @( YES )}]; //更新DB数据      WRBook *book = [WRDBCenter readBookWithId:bookId]; //从新从DB读取，新对象      [ self .cache setObject:book forKey:bookId];  //整个替换cache里的对象 } @end

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self .book = [WRCache bookWithId:@“10000”]; // book.fav = YES;   //不这样写 [WRCache updateBookWithId:@“10000” params:{@“fav”: @( YES )}]; //在cache里整个更新 self .book = [WRCache bookWithId:@“10000”];   //从新读取对象

这样就不会再有线程安全问题，一旦属性有修改，就整个数据从新从DB读取，这些对象的属性都不会再有写操做，而多线程同时读是没问题的。

但这种方案有个缺陷，就是数据修改后，会在 cache 层整个替换掉这个对象，但这时上层扔持有着旧的对象，并不会自动把对象更新过来：

因此怎样让上层更新数据呢？有两种方式，push 和 pull。

a. push

push 的方式就是 cache 层把更新 push 给上层，cache对整个对象更新替换掉时，发送广播通知上层，这里发通知的粒度能够按需求斟酌，上层监听本身关心的通知，若是发现本身持有的对象更新了，就要更新本身的数据，但这里的更新数据也是件挺麻烦的事。

举个例子，读书有一个想法列表WRReviewController，存着一个数组 reviews，保存着想法 review 数据对象，数组里的每个 review 会持有这个这个想法对应的一本书，也就是 review.book 持有一个 WRBook 数据对象。而后这时 cache 层通知这个 WRReviewController，某个 book 对象有属性变了，这时这个 WRReviewController 要怎样处理呢？有两个选择：

• 遍历 reviews 数组，再遍历每个 review 里的 book 对象，若是更新的是这个 book 对象，就把这个 book 对象替换更新。
• 什么都无论，只要有数据更新的通知过来，全部数据都从新往 cache 层读一遍，从新组装数据，界面所有刷新。

第一种是精细化的作法，优势是不影响性能，缺点是蛋疼，工做量增多，还容易漏更新，须要清楚知道当前模块持有了哪些数据，有哪些须要更新。第二种是粗犷的作法，优势是省事省心，所有大刷一遍就好了，缺点是在一些复杂页面须要组装数据，会对性能形成较大影响。

b. pull

另外一种 pull 的方式是指上层在特定时机本身去判断数据有没有更新。

首先全部数据对象都会有一个属性，暂时命名为 dirty，在 cache 层更新替换数据对象前，先把旧对象的 dirty 属性设为 YES，表示这个旧对象已经从 cache 里被抛弃了，属于脏数据，须要更新。而后上层在合适的时候自行去判断本身持有的对象的 dirty 属性是否为 YES，如果则从新在 cache 里取最新数据。

实际上这样作发生了多线程读写 dirty 属性，是有线程安全问题的，但由于 dirty 属性读取不频繁，能够直接给这个属性的读写加锁，不会像对全部属性加锁那样引起各类问题，解决对这个 dirty 属性读写的线程安全问题。

这里主要的问题是上层应该在什么时机去 pull 数据更新。能够在每次界面显示 -viewWillAppear 或用户操做后去检查，例如用户点个赞，就能够触发一次检查，去更新赞的数据，在这两个地方作检查已经能够解决90%的问题，剩下的就是同个界面联动的问题，例如 iPad 邮件左右两栏两个 controller，右边详情点个收藏，左边列表收藏图标也要高亮，这种状况能够作特殊处理，也能够结合上面 push 的方式去作通知。

push 和 pull 两种是能够结合在一块儿用的，pull 的方式弥补了 push 后数据所有从新读取大刷致使的性能低下问题，push 弥补了 pull 更新时机的问题，实际使用中配合一些事先制定的规则或框架一块儿使用效果更佳。

总结

对于 APP 缓存数据线程安全问题，分线程 cache 和数据不可变是比较常见的解决方案，都有着不一样的实现代价，分线程 cache 接口不友好，数据不可变须要配合单向数据流之类的规则或框架才会变得好用，能够按需选择合适的方案。