Какие проблемы с потоковой безопасностью существуют у основных коллекций в Swift?

Основные коллекции в Swift (Array, Dictionary, Set) по умолчанию не являются потокобезопасными. Это связано со следующими проблемами при одновременном доступе из нескольких потоков:

1. Состояние гонки (Race Condition):

   • Несколько потоков могут одновременно пытаться изменить одну и ту же коллекцию.
   • Результат операции становится непредсказуемым и зависит от того, в каком порядке потоки выполнят свои действия.
   • Пример: один поток добавляет элемент, другой удаляет, третий читает — порядок операций не гарантирован.

2. Несогласованное состояние (Inconsistent State):

   • Во время модификации коллекции (например, при добавлении или удалении элементов) ее внутренняя структура может временно находиться в промежуточном, нестабильном состоянии.
   • Если другой поток попытается прочитать или изменить коллекцию в этот момент, это может привести к краху приложения или неожиданным данным.

3. Запись поверх записи (Write-After-Write):

   • Если два потока пытаются записать данные по одному и тому же индексу или ключу, итоговое значение будет тем, которое было записано последним, но порядок может быть непредсказуем.

4. Чтение после записи (Read-After-Write):

   • Один поток записывает данные, другой пытается их прочитать. Если чтение происходит до завершения записи, будет прочитано старое или некорректное значение.

5. Mutating методы:

   • Методы, изменяющие коллекцию (например, append, remove, updateValue), создают проблемы при вызове из нескольких потоков без синхронизации.

Для обеспечения потоковой безопасности при работе с коллекциями из разных потоков необходимо использовать механизмы синхронизации, такие как:

• Блокировки (Locks): NSLock, NSRecursiveLock
• Диспетчерские очереди (Dispatch Queues): Использование серийных очередей или барьеров (.barrier флаг на параллельной очереди) для контроля доступа.
• Атомарные операции: Хотя Swift не имеет встроенных атомарных типов данных коллекций, этот принцип важен для низкоуровневой синхронизации.

Пример использования DispatchQueue с барьером для безопасного доступа к массиву:

let arrayQueue = DispatchQueue(label: "com.example.arrayQueue", attributes: .concurrent)
var safeArray: [Int] = []

func addElement(_ element: Int) {
    arrayQueue.async(flags: .barrier) {
        safeArray.append(element)
        //print("Added: \(element). Current array: \(safeArray)") // для отладки
    }
}

func readArray() -> [Int] {
    var result: [Int] = []
    arrayQueue.sync {
        result = safeArray
    }
    return result
}