iOS中如何實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的線程安全

小編給大家分享一下iOS中如何實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的線程安全，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

在iOS 網(wǎng)絡(luò)編程有一種常見(jiàn)的場(chǎng)景是：我們需要并行處理二個(gè)請(qǐng)求并且在都成功后才能進(jìn)行下一步處理。下面是部分常見(jiàn)的處理方式，但是在使用過(guò)程中也很容易出錯(cuò)：

• DispatchGroup：通過(guò) GCD 機(jī)制將多個(gè)請(qǐng)求放到一個(gè)組內(nèi)，然后通過(guò) DispatchGroup.wait() 和 DispatchGroup.notify() 進(jìn)行成功后的處理。

• OperationQueue：為每一個(gè)請(qǐng)求實(shí)例化一個(gè) Operation 對(duì)象，然后將這些對(duì)象添加到 OperationQueue ，并且根據(jù)它們之間的依賴關(guān)系決定執(zhí)行順序。

• 同步 DispatchQueue：通過(guò)同步隊(duì)列和 NSLock 機(jī)制避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)異步多線程中同步安全訪問(wèn)。

• 第三方類庫(kù)：Futures/Promises 以及響應(yīng)式編程提供了更高層級(jí)的并發(fā)抽象。

在多年的實(shí)踐過(guò)程中，我意識(shí)到上面這些方法這些方法都存在一定的缺陷。另外，要想完全正確的使用這些類庫(kù)還是有些困難。

并發(fā)編程中的挑戰(zhàn)

使用并發(fā)的思維思考問(wèn)題很困難：大多數(shù)時(shí)候，我們會(huì)按照讀故事的方式來(lái)閱讀代碼：從第一行到最后一行。如果代碼的邏輯不是線性的話，可能會(huì)給我們?cè)斐梢欢ǖ睦斫怆y度。在單線程環(huán)境下，調(diào)試和跟蹤多個(gè)類和框架的程序執(zhí)行已經(jīng)是非常頭疼的一件事了，多線程環(huán)境下這種情況簡(jiǎn)直不敢想象。

數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題：在多線程并發(fā)環(huán)境下，數(shù)據(jù)讀取操作是線程安全的而寫(xiě)操作則是非線程安全。如果發(fā)生了多個(gè)線程同時(shí)對(duì)某個(gè)內(nèi)存進(jìn)行寫(xiě)操作的話，則會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致潛在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

理解多線程環(huán)境下的動(dòng)態(tài)行為本身就不是一件容易的事，找出導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的線程就更為麻煩。雖然我們可以通過(guò)互斥鎖機(jī)制解決數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，但是對(duì)于可能修改的代碼來(lái)說(shuō)互斥鎖機(jī)制的維護(hù)會(huì)是一件非常困難的事。

難以測(cè)試：并發(fā)環(huán)境下很多問(wèn)題并不會(huì)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中顯現(xiàn)出來(lái)。雖然 Xcode 和 LLVM 提供了Thread Sanitizer 這類工具用于檢查這些問(wèn)題，但是這些問(wèn)題的調(diào)試和跟蹤依然存在很大的難度。因?yàn)椴l(fā)環(huán)境下除了代碼本身的影響外，應(yīng)用也會(huì)受到系統(tǒng)的影響。

處理并發(fā)情形的簡(jiǎn)單方法

考慮到并發(fā)編程的復(fù)雜性，我們應(yīng)該如何解決并行的多個(gè)請(qǐng)求？

最簡(jiǎn)單的方式就是避免編寫(xiě)并行代碼而是講多個(gè)請(qǐng)求線性的串聯(lián)在一起：

let session = URLSession.shared

session.dataTask(with: request1) { data, response, error in
 // check for errors
 // parse the response data

 session.dataTask(with: request2) { data, response error in
  // check for errors
  // parse the response data

  // if everything succeeded...
  callbackQueue.async {
   completionHandler(result1, result2)
  }
 }.resume()
}.resume()

為了保持代碼的簡(jiǎn)潔，這里忽略了很多的細(xì)節(jié)處理，例如：錯(cuò)誤處理以及請(qǐng)求取消操作。但是這樣將并無(wú)關(guān)聯(lián)的請(qǐng)求線性排序其實(shí)暗藏著一些問(wèn)題。例如，如果服務(wù)端支持 HTTP/2 協(xié)議的話，我們就沒(méi)發(fā)利用 HTTP/2 協(xié)議中通過(guò)同一個(gè)鏈接處理多個(gè)請(qǐng)求的特性，而且線性處理也意味著我們沒(méi)有好好利用處理器的性能。

關(guān)于 URLSession 的錯(cuò)誤認(rèn)知

為了避免可能的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和線程安全問(wèn)題，我將上面的代碼改寫(xiě)為了嵌套請(qǐng)求。也就是說(shuō)如果將其改為并發(fā)請(qǐng)求的話：請(qǐng)求將不能進(jìn)行嵌套，兩個(gè)請(qǐng)求可能會(huì)對(duì)同一塊內(nèi)存進(jìn)行寫(xiě)操作而數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)非常難以重現(xiàn)和調(diào)試。

解決改問(wèn)題的一個(gè)可行辦法是通過(guò)鎖機(jī)制：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)線程對(duì)共享內(nèi)存進(jìn)行寫(xiě)操作。鎖機(jī)制的執(zhí)行過(guò)程也非常簡(jiǎn)單：請(qǐng)求鎖、執(zhí)行代碼、釋放鎖。當(dāng)然要想完全正確使用鎖機(jī)制還是有一些技巧的。

但是根據(jù) URLSession 的文檔描述，這里有一個(gè)并發(fā)請(qǐng)求的更簡(jiǎn)單解決方案。

init(configuration: URLSessionConfiguration,
   delegate: URLSessionDelegate?,
   delegateQueue queue: OperationQueue?)

[…]

queue : An operation queue for scheduling the delegate calls and completion handlers. The queue should be a serial queue, in order to ensure the correct ordering of callbacks. If nil, the session creates a serial operation queue for performing all delegate method calls and completion handler calls.

這意味所有 URLSession 的實(shí)例對(duì)象包括 URLSession.shared 單例的回調(diào)并不會(huì)并發(fā)執(zhí)行，除非你明確的傳人了一個(gè)并發(fā)隊(duì)列給參數(shù) queue 。

URLSession 拓展并發(fā)支持

基于上面對(duì) URLSession 的新認(rèn)知，下面我們對(duì)其進(jìn)行拓展讓它支持線程安全的并發(fā)請(qǐng)求（完成代碼地址）。

enum URLResult {
 case response(Data, URLResponse)
 case error(Error, Data?, URLResponse?)
}

extension URLSession {
 @discardableResult
 func get(_ url: URL, completionHandler: @escaping (URLResult) -> Void) -> URLSessionDataTask
}

// Example

let zen = URL(string: "https://api.github.com/zen")!
session.get(zen) { result in
 // process the result
}

首先，我們使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的 URLResult 枚舉來(lái)模擬我們可以在 URLSessionDataTask 回調(diào)中獲得的不同結(jié)果。該枚舉類型有利于我們簡(jiǎn)化多個(gè)并發(fā)請(qǐng)求結(jié)果的處理。這里為了文章的簡(jiǎn)潔并沒(méi)有貼出 URLSession.get(_:completionHandler:) 方法的完整實(shí)現(xiàn)，該方法就是使用 GET 方法請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的 URL 并自動(dòng)執(zhí)行 resume() 最后將執(zhí)行結(jié)果封裝成 URLResult 對(duì)象。

@discardableResult
func get(_ left: URL, _ right: URL, completionHandler: @escaping (URLResult, URLResult) -> Void) -> (URLSessionDataTask, URLSessionDataTask) {
 
}

該段 API 代碼接受兩個(gè) URL 參數(shù)并返回兩個(gè) URLSessionDataTask 實(shí)例。下面代碼是函數(shù)實(shí)現(xiàn)的第一段：

 precondition(delegateQueue.maxConcurrentOperationCount == 1,
  "URLSession's delegateQueue must be configured with a maxConcurrentOperationCount of 1.")

因?yàn)樵趯?shí)例化 URLSession 對(duì)象時(shí)依舊可以傳入并發(fā)的 OperationQueue 對(duì)象，所以這里我們需要使用上面這段代碼將這種情況排除掉。

var results: (left: URLResult?, right: URLResult?) = (nil, nil)

func continuation() {
 guard case let (left?, right?) = results else { return }
 completionHandler(left, right)
}

將這段代碼繼續(xù)添加到實(shí)現(xiàn)中，其中定義了一個(gè)表示返回結(jié)果的元組變量 results 。另外，我們還在函數(shù)內(nèi)部定義了另一個(gè)工具函數(shù)用于檢查是否兩個(gè)請(qǐng)求都已經(jīng)完成結(jié)果處理。

let left = get(left) { result in
 results.left = result
 continuation()
}

let right = get(right) { result in
 results.right = result
 continuation()
}

return (left, right)

最后將這段代碼追加到實(shí)現(xiàn)中，其中我們分別對(duì)兩個(gè) URL 進(jìn)行了請(qǐng)求并在請(qǐng)求都完成后一次返回了結(jié)果。值得注意的是這里我們通過(guò)兩次執(zhí)行 continuation() 來(lái)判斷請(qǐng)求是否全部完成：

• 第一次執(zhí)行 continuation() 時(shí)因?yàn)槠渲幸粋€(gè)請(qǐng)求并未完成結(jié)果為 nil 所以回調(diào)函數(shù)并不會(huì)執(zhí)行。

• 第二次執(zhí)行的時(shí)候兩個(gè)請(qǐng)求全部完成，執(zhí)行回調(diào)處理。

接下來(lái)我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的請(qǐng)求來(lái)測(cè)試下這段代碼：

extension URLResult {
 var string: String? {
  guard case let .response(data, _) = self,
  let string = String(data: data, encoding: .utf8)
  else { return nil }
  return string
 }
}

URLSession.shared.get(zen, zen) { left, right in
 guard case let (quote1?, quote2?) = (left.string, right.string)
 else { return }

 print(quote1, quote2, separator: "\n")
 // Approachable is better than simple.
 // Practicality beats purity.
}

并行悖論

我發(fā)現(xiàn)解決并行問(wèn)題最簡(jiǎn)單最優(yōu)雅的方法就是盡可能的少使用并發(fā)編程，而且我們的處理器非常適合執(zhí)行那些線性代碼。但是如果將大的代碼塊或任務(wù)拆分為多個(gè)并行執(zhí)行的小代碼塊和任務(wù)將會(huì)讓代碼變得更加易讀和易維護(hù)。

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