从一道网易面试题浅谈OC线程安全

今天去网易面试，面试官出了一道面试题，下面代码会发生什么问题？

@property (nonatomic, strong) NSString *target;
//....

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("parallel", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
for (int i = 0; i < 1000000 ; i++) {
    dispatch_async(queue, ^{
        self.target = [NSString stringWithFormat:@"ksddkjalkjd%d",i];
    });
}

当时我把自定义的队列看成了串行队列，然后回答：“没错呀”。后来一运行崩溃了……

面试后，我就仔细回想，敲了Demo，看看崩溃原因是啥。

正好试试小伙伴给我介绍的调试野指针的方法，XCode7以上才有的Address Sanitizer。

打开后发现是经典的EXC_BAD_ACCESS错误，以我浅薄的经验来看，这种一般是对一个已释放的内存的对象再次发送消息出现的。

再看看崩溃堆栈

噢，看来是对已释放的对象再次发送了release信息。

我又留意到，这个对象是Strong修饰的，或许可以从Strong和Setter方法的源码入手看看。

下面源码基于Runtime-709分析，首先找到属性设置方法。

//objc_class.mm
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
{
    return _object_setIvar(obj, ivar, value, false /*not strong default*/);
}


static ALWAYS_INLINE 
void _object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value, bool assumeStrong)
{
    //判断是否是TaggedPointer
    if (!obj  ||  !ivar  ||  obj->isTaggedPointer()) return;

    ptrdiff_t offset;
    objc_ivar_memory_management_t memoryManagement;
    //找对应的内存管理语义和属性偏移值
    _class_lookUpIvar(obj->ISA(), ivar, offset, memoryManagement);

    //如果找不到默认是否为Strong，不然为unsafe_unretained
    if (memoryManagement == objc_ivar_memoryUnknown) {
        if (assumeStrong) memoryManagement = objc_ivar_memoryStrong;
        else memoryManagement = objc_ivar_memoryUnretained;
    }

    //根据偏移值找到属性对应位置
    id *location = (id *)((char *)obj + offset);
    
    //判断不同的内存管理语义，调用方法
    switch (memoryManagement) {
    case objc_ivar_memoryWeak:       objc_storeWeak(location, value); break;
    case objc_ivar_memoryStrong:     objc_storeStrong(location, value); break;
    case objc_ivar_memoryUnretained: *location = value; break;
    case objc_ivar_memoryUnknown:    _objc_fatal("impossible");
    }
}

//NSObject.mm
void
objc_storeStrong(id *location, id obj)
{   
    //如果新值指针和旧值一样，则不更新，直接return
    id prev = *location;
    if (obj == prev) {
        return;
    }
    //先对新值retain
    objc_retain(obj);
    //再赋值
    *location = obj;
    //最后对旧值release
    objc_release(prev);
}

那么他的Setter方法在MRC上就相当于

- (void)setTarget:(NSString *)target {
    if (target == _target) return;
    id pre = _target;
    [target retain];//1.先保留新值
    _target = target;//2.再进行赋值
    [pre release];//3.释放旧值
}

什么时候会导致过多调用release呢？注意这是个并发队列+异步。

那么假如并发队列里调度的线程A执行到步骤1，还没到步骤2时，线程B执行到步骤3，那么当线程A再执行步骤3时，旧值就会被过度释放，导致向已释放内存对象发送消息而崩溃。

后来我想怎么可以修改这段代码变为不崩溃的呢？

1.使用串行队列

将set方法改成在串行队列中执行就行，这样即使异步，但所有block操作追加在队列最后依次执行。

2. 使用atomic

atomic关键字相当于在setter方法加锁，这样每次执行setter都是线程安全的，但这只是单独针对setter方法而言的狭义的线程安全。

3.使用weak关键字

weak的setter没有保留新值或者保留旧值的操作，所以不会引发重复释放。当然这个时候要看具体情况能否使用weak，可能值并不是所需要的值。

4.使用Tagged Pointer

Tagged Pointer是苹果在64位系统引入的内存技术。简单来说就是对于NSString（内存小于60位的字符串）或NSNumber（小于2^31），64位的指针有8个字节，完全可以直接用这个空间来直接表示值，这样的话其实会将NSString和NSNumber对象由一个指针转换成一个值类型，而值类型的setter和getter又是原子的，从而线程安全。

比如上述代码的字符串改短一些，就不会崩溃了。

从而我们可以总结到，线程安全有以下几种方法：

• 单线程串行访问
• 访问加锁
• 使用不进行额外操作的关键字（weak）
• 使用值类型

然而这只是保证了基本的线程安全（不崩溃），若是需要保证访问出符合预期的数据，则需要采用GCD的barrier或者自己在合适的时机加锁。

最后

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谢谢观看

参考链接

• iOS多线程到底不安全在哪里？
• 深入理解Tagged Pointer
• 【译】采用Tagged Pointer的字符串