Sử dụng Singletons an toàn trong đa luồng và cách sử dụng trong Swift

Bài đăng này đã không được cập nhật trong 3 năm

Khi bắt đầu học trên trường về Design Pattern chúng ta đều biết Singletons Pattern, một pattern rất dễ sử dụng, và được sử dụng rất nhiều khi phát triển một ứng dụng iOS. Hôm nay tôi sẽ giúp các bạn cách sử dụng Singleton an toàn hơn cách các bạn đang dùng

Cách sử dụng Singletons

Tư tưởng chính của singleton là đảm bảo chúng ta chỉ tạo ra một instance của type được cho trước. Singletons hoạt động tốt khi có một tài nguyên mà cần được truy cập và quản lý của toàn bộ ứng dụng

Singletons được Apple sử dụng rất nhiều như UIApplication, FileManager, UserDefaults, URLSession,...

UIApplication.shared
UserDefaults.standard
FileManager.default
URLSession.shared
DispathQueue.main

Singletons trong Swift

Đây là một cách đơn giản để sử dụng Singleton

final class DemoSingleton {
    static let shared = DemoSingleton()
    private var data: [String: Any] = ["FirstData": 1]
    
    private init() {}
    
    func readData(for key: String) -> String? {
        return data[key] as? String
    }
    
    func writeToData(key: String, value: Any) {
        data[key] = value
    }
}

Final để class này không thể được kế thừa

static let shared = DemoSingleton()

Biến shared là một Singleton object của DemoSingleton class, từ khoá static biến thuộc tính này thuộc về class hơn là một instance của class, để có thể sử dụng thuộc tính này toàn bộ ứng dụng

Vấn đề bất đồng bộ

Trong swift, bất ký variable nào được khai báo với let là một constant, vì vậy nó là dạng read-only và thread-safe. Ngược lại là var là có thể thay đổi value, và không thread-safe.

Dictionary ở ví dụ trên là có thể được read bởi nhiều thread mà không có vấn đề gì, nhưng sẽ không an toàn nếu một thread đang thay đổi giá trí trong khi luông khác đọc giá trị đó. Ví dụ singleton trên không ngăn việc đó xảy ra và chúng ta sẽ giải quyết việc này như sau

Chúng ta cần có kiến thức về DispathQueue, các bạn có thể đọc ở đây để hiểu thêm nó: Apple DispathQueue

Sử dụng Singletons an toàn hơn

Tư tưởng rất đơn giản chúng ta sẽ sử dụng Serial Dispatch Queues

Serial Dispatch Queues chỉ thực hiện một task một lần. Trong toàn bộ trường hợp, serial queues thường được sử dụng đồng bộ để lấy một giá trị cụ thể hoặc resource

Chúng ta sẽ thay đổi singleton như sau

final class DemoSingleton {
    static let shared = DemoSingleton()
    private var data: [String: Any] = ["FirstData": 1]
    private let serialQueue = DispatchQueue(label: "serialQueue")
    
    private init() {}
    
    func readData(for key: String) -> String? {
        var value: String?
        serialQueue.sync {
            value = data[key] as? String
        }
        return value
    }
    
    func writeToData(key: String, value: Any) {
        serialQueue.sync {
            data[key] = value
        }
    }
}

Cả việc đọc và ghi được thêm vào serial queue do đó đảm bảo luồng được thực thi an toàn

Readers-writer lock

Một Readers-writer lock cho phép việc đọc (read) xảy ra đồng thời (song song), trong khi việc ghi (write) phải có yêu cầu mới truy cập được. Điều này có nghĩa là nhiều thread có thể đọc được data song song nhưng khi thay đổi data thì cần phải có điều kiện an toàn. Khi đang thay đổi data ở một luồng, các luồng khác không thể được đọc hoặc ghi cho đến việc thay đổi hoàn thành

Các bạn có thể đọc thể ở đây: https://en.wikipedia.org/wiki/Readers–writer_lock

Một barrier: được sử dụng trong concurrent queue để đồng bộ việc write. Bằng việc thêm barrier flag, nó cho phép việc write là đồng bộ trong khi vẫn giữ việc read xảy ra song song

Để cải thiện năng suất của singleton trên chúng ta sẽ thay đổi như này

final class DemoSingleton {
    static let shared = DemoSingleton()
    private var data: [String: Any] = ["FirstData": 1]
    private let concurrentQueue = DispatchQueue(label: "concurrentQueue", attributes: .concurrent)
    
    private init() {}
    
    func readData(for key: String) -> String? {
        var value: String?
        concurrentQueue.sync {
            value = data[key] as? String
        }
        return value
    }
    
    func writeToData(key: String, value: Any) {
        concurrentQueue.async(flags: .barrier) {
            data[key] = value
        }
    }
}