Что такое состояние гонки (race condition)?

Состояние гонки возникает, когда два или более потока или процессов одновременно обращаются к общему ресурсу (например, переменной, файлу, базе данных) и результат операции зависит от того, в каком порядке эти потоки/процессы выполнят свои действия. Из-за непредсказуемого порядка доступа и изменения данных, результат может быть некорректным или неожиданным.

Пример в iOS: Предположим, у нас есть счетчик count, к которому одновременно обращаются два потока для инкрементации.

var count = 0

func incrementCount() {
    // Поток 1 считывает count = 5
    // Поток 2 считывает count = 5
    let currentCount = count
    // Поток 1 вычисляeт newCount = 6
    // Поток 2 вычисляeт newCount = 6
    let newCount = currentCount + 1
    // Поток 1 записывает count = 6
    // Поток 2 записывает count = 6 (перезаписывая результат Потока 1)
    count = newCount
}

// Если два потока вызовут incrementCount() одновременно,
// ожидаемый результат будет count = 2,
// но из-за состояния гонки, count может стать равным 1.

Для предотвращения состояний гонки применяются механизмы синхронизации:

• Lock/Mutex: Блокируют доступ к ресурсу, пока поток его использует.

  import Foundation
  
  let lock = NSLock()
  var count = 0
  
  func incrementCount() {
      lock.lock() // Захватываем блокировку
      let currentCount = count
      let newCount = currentCount + 1
      count = newCount
      lock.unlock() // Освобождаем блокировку
  }
  

• Очереди (Queues): Использование последовательных очередей GCD.

  import Foundation
  
  let serialQueue = DispatchQueue(label: "com.myapp.counterQueue")
  var count = 0
  
  func incrementCount() {
      serialQueue.async {
          let currentCount = count
          let newCount = currentCount + 1
          count = newCount
      }
  }
  

• Атомарные операции: Неразрывные операции на уровне инструкций процессора. В Swift можно использовать OSAtomic... (устарело) или Atomic из @_implementationOnly import Atomics (экспериментально), или же подходы на основе блокировок/очередей.

Выбор метода синхронизации зависит от конкретного сценария и требований к производительности. Важно понимать, что синхронизация может вносить дополнительную нагрузку и потенциально приводить к взаимным блокировкам (deadlocks), если реализована некорректно.