《iOS面試之道》讀書(shū)筆記 - atomic/nonatomic

atomicnonatomic用于在定義 property 時(shí)指明其原子性:

  • atomic表示是原子性的蔫慧,調(diào)用該 property 的 getter 和 setter 會(huì)保證對(duì)象的完整性蜂挪。多線程操作時(shí)滓走,任何調(diào)用都可以得到一個(gè)完整的對(duì)象忙上,因此速度較慢。
  • nonatomic表示是原子性的闲坎,調(diào)用該 property 的 getter 和 setter 不保證對(duì)象的完整性疫粥。多個(gè)線程對(duì)它進(jìn)行訪問(wèn),它可能會(huì)返回未初始化的對(duì)象腰懂,因此速度較快梗逮。

注意,以上討論僅對(duì)編譯器自動(dòng)生成的 getter/setter 有效绣溜。如果你自己實(shí)現(xiàn)了 getter/setter慷彤,無(wú)論使用 atomic/nonatomic,property 的原子性都將取決于你自己的實(shí)現(xiàn)怖喻。

使用 atomic 修飾的 property 是如何保證原子性的底哗?

對(duì)于任何沒(méi)有手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的屬性,編譯器都會(huì)生成一個(gè)objc_getProperty_non_gc的函數(shù)作為 getter锚沸,同時(shí)生成一個(gè)objc_setProperty_non_gc的函數(shù)作為 setter跋选。

objc_getProperty_non_gc函數(shù)的源代碼可以看到[1]

// objc-accessors.mm

id objc_getProperty_non_gc(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, BOOL atomic) {
    if (offset == 0) {
        return object_getClass(self);
    }

    // Retain release world
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
    if (!atomic) return *slot;
        
    // Atomic retain release world
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    slotlock.lock();
    id value = objc_retain(*slot);
    slotlock.unlock();
    
    // for performance, we (safely) issue the autorelease OUTSIDE of the spinlock.
    return objc_autoreleaseReturnValue(value);
}

objc_setProperty_non_gc函數(shù)最終將調(diào)到reallySetProperty函數(shù)[2]

// objc-accessors.mm

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
    if (offset == 0) {
        object_setClass(self, newValue);
        return;
    }

    id oldValue;
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);

    if (copy) {
        newValue = [newValue copyWithZone:nil];
    } else if (mutableCopy) {
        newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
    } else {
        if (*slot == newValue) return;
        newValue = objc_retain(newValue);
    }

    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;        
        slotlock.unlock();
    }

    objc_release(oldValue);
}

其中處理 atomic 的分支里,getter/setter 都使用了在PropertyLocks中的128個(gè)自旋鎖(Spinlock)中的1個(gè)來(lái)給操作上鎖哗蜈。這是一種務(wù)實(shí)和快速的方式前标,最糟糕的情況下,如果遇到了哈希碰撞距潘,那么 setter 需要等待另一個(gè)和它無(wú)關(guān)的 setter 完成之后再進(jìn)行工作[3]炼列。

使用 atomic 修飾的 property 是線程安全的嗎?

考慮對(duì)一個(gè) nonatomic 的整形變量integer進(jìn)行加1操作音比,可分為三個(gè)步驟:首先從內(nèi)存中取出原始值俭尖,然后加1,最后將修改后的值寫(xiě)回內(nèi)存洞翩。
現(xiàn)在有AB兩個(gè)并發(fā)線程稽犁,分別對(duì)integer進(jìn)行加1操作缭付,那么問(wèn)題來(lái)了:兩個(gè)線程都從變量中取出了原始值循未,假設(shè)17秫舌,然后A將值加1足陨,然后將結(jié)果18寫(xiě)回內(nèi)存墨缘;同時(shí)B也將值加1后將結(jié)果18寫(xiě)回內(nèi)存镊讼。此時(shí)integer被加1了兩次平夜,但最終值卻是18

image

這個(gè)問(wèn)題稱為競(jìng)態(tài)條件,atomic 通過(guò)在讀寫(xiě)時(shí)加入自旋鎖段直,能保證對(duì)象的完整性,保護(hù)你免于在 setter 中遭遇到競(jìng)態(tài)條件的困擾决侈。
但這并代表使用 atomic 就是線程安全的颜及。考慮三個(gè)并發(fā)線程A讯蒲,BC,其中AB對(duì)變量integer進(jìn)行加1操作赁酝,C從變量integer中讀取數(shù)據(jù)酌呆。因?yàn)槿齻€(gè)線程是并發(fā)的搔耕,所以C讀取數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)可能在其他兩個(gè)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的線程AB之前,或在他們兩個(gè)之間梨睁,也可能在他們兩個(gè)之后坡贺,導(dǎo)致C讀到的數(shù)據(jù)可能是17遍坟、1819

如何保證 property 的線程安全性政鼠?

沒(méi)有銀彈公般,具體問(wèn)題具體分析胡桨。@synchronizeddispatch_queue都是可選的解決方案,但也都各有利弊刽虹。這里就不展開(kāi)說(shuō)明了涌哲,那將又是一大塊篇幅尚镰。


  1. objc-accessors.mm - objc_getProperty_non_gc ?

  2. objc-accessors.mm - reallySetProperty ?

  3. 線程安全類的設(shè)計(jì) ?

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