Atomic原子操作原理剖析
前言
绝大部分 Objective-C
程序员使用属性时,都不太关注一个特殊的修饰前缀,一般都无脑的使用其非默认缺省的状态,他就是 atomic
。
@interface PropertyClass
@property (atomic, strong) NSObject *atomicObj; //缺省也是atomic
@property (nonatomic, strong) NSObject *nonatomicObj;
@end
入门教程中一般都建议使用非原子操作,因为新手大部分操作都在主线程,用不到线程安全的特性,大量使用还会降低执行效率。
那他到底怎么实现线程安全的呢?使用了哪种技术呢?
原理
属性的实现
首先我们研究一下属性包含的内容。通过查阅源码,其结构如下:
struct property_t {
const char *name; //名字
const char *attributes; //特性
};
属性的结构比较简单,包含了固定的名字和元素,可以通过 property_getName
获取属性名,property_getAttributes
获取特性。
上例中 atomicObj
的特性为 T@"NSObject",&,V_atomicObj
,其中 V
代表了 strong
,atomic
特性缺省没有显示,如果是 nonatomic
则显示 N
。
那到底是怎么实现原子操作的呢? 通过引入runtime
,我们能调试一下调用的函数栈。
可以看到在编译时就把属性特性考虑进去了,Setter
方法直接调用了 objc_setProperty
的 atomic
版本。这里不用 runtime
去动态分析特性,应该是对执行性能的考虑。
static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd,
id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy) {
//偏移为0说明改的是isa
if (offset == 0) {
object_setClass(self, newValue);
return;
}
id oldValue;
id *slot = (id*) ((char*)self + offset);//获取原值
//根据特性拷贝
if (copy) {
newValue = [newValue copyWithZone:nil];
} else if (mutableCopy) {
newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
} else {
if (*slot == newValue) return;
newValue = objc_retain(newValue);
}
//判断原子性
if (!atomic) {
//非原子直接赋值
oldValue = *slot;
*slot = newValue;
} else {
//原子操作使用自旋锁
spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
slotlock.lock();
oldValue = *slot;
*slot = newValue;
slotlock.unlock();
}
objc_release(oldValue);
}
id objc_getProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, BOOL atomic) {
// 取isa
if (offset == 0) {
return object_getClass(self);
}
// 非原子操作直接返回
id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
if (!atomic) return *slot;
// 原子操作自旋锁
spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
slotlock.lock();
id value = objc_retain(*slot);
slotlock.unlock();
// 出于性能考虑,在锁之外autorelease
return objc_autoreleaseReturnValue(value);
}
什么是自旋锁呢?
锁用于解决线程争夺资源的问题,一般分为两种,自旋锁(spin)和互斥锁(mutex)。
互斥锁可以解释为线程获取锁,发现锁被占用,就向系统申请锁空闲时唤醒他并立刻休眠。
自旋锁比较简单,当线程发现锁被占用时,会不断循环判断锁的状态,直到获取。
原子操作的颗粒度最小,只限于读写,对于性能的要求很高,如果使用了互斥锁势必在切换线程上耗费大量资源。相比之下,由于读写操作耗时比较小,能够在一个时间片内完成,自旋更适合这个场景。
自旋锁的坑
但是iOS 10之后,苹果因为一个巨大的缺陷弃用了 OSSpinLock
改为新的 os_unfair_lock
。
新版 iOS 中,系统维护了 5 个不同的线程优先级/QoS: background,utility,default,user-initiated,user-interactive。高优先级线程始终会在低优先级线程前执行,一个线程不会受到比它更低优先级线程的干扰。这种线程调度算法会产生潜在的优先级反转问题,从而破坏了 spin lock。
描述引用自 ibireme 大神的文章。
我的理解是,当低优先级线程获取了锁,高优先级线程访问时陷入忙等状态,由于是循环调用,所以占用了系统调度资源,导致低优先级线程迟迟不能处理资源并释放锁,导致陷入死锁。
那为什么原子操作用的还是 spinlock_t
呢?
using spinlock_t = mutex_tt<LOCKDEBUG>;
using mutex_t = mutex_tt<LOCKDEBUG>;
class mutex_tt : nocopy_t {
os_unfair_lock mLock; //处理了优先级的互斥锁
void lock() {
lockdebug_mutex_lock(this);
os_unfair_lock_lock_with_options_inline
(&mLock, OS_UNFAIR_LOCK_DATA_SYNCHRONIZATION);
}
void unlock() {
lockdebug_mutex_unlock(this);
os_unfair_lock_unlock_inline(&mLock);
}
}
差点被苹果骗了!原来系统中自旋锁已经全部改为互斥锁实现了,只是名称一直没有更改。
为了修复优先级反转的问题,苹果也只能放弃使用自旋锁,改用优化了性能的 os_unfair_lock
,实际测试两者的效率差不多。
问答
atomic的实现机制
使用atomic
修饰属性,编译器会设置默认读写方法为原子读写,并使用互斥锁添加保护。
为什么不能保证绝对的线程安全?
单独的原子操作绝对是线程安全的,但是组合一起的操作就不能保证。
- (void)competition {
self.intSource = 0;
dispatch_async(queue1, ^{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
self.intSource = self.intSource + 1;
}
});
dispatch_async(queue2, ^{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
self.intSource = self.intSource + 1;
}
});
}
最终得到的结果肯定小于20000。当获取值的时候都是原子线程安全操作,比如两个线程依序获取了当前值 0
,于是分别增量后变为了 1
,所以两个队列依序写入值都是 1
,所以不是线程安全的。
解决的办法应该是增加颗粒度,将读写两个操作合并为一个原子操作,从而解决写入过期数据的问题。
os_unfair_lock_t unfairLock;
- (void)competition {
self.intSource = 0;
unfairLock = &(OS_UNFAIR_LOCK_INIT);
dispatch_async(queue1, ^{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
os_unfair_lock_lock(unfairLock);
self.intSource = self.intSource + 1;
os_unfair_lock_unlock(unfairLock);
}
});
dispatch_async(queue2, ^{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
os_unfair_lock_lock(unfairLock);
self.intSource = self.intSource + 1;
os_unfair_lock_unlock(unfairLock);
}
});
}
总结
通过学习属性的原子性,对系统中锁的理解又加深,包括自旋锁,互斥锁,读写锁等。
本来都以为实现是自旋锁了,还好留了个心眼多看了一层才发现最终实现还是互斥锁。这件事也给我一个小教训,查阅源码还是要刨根问底,只浮于表面的话,可能得不到想要的真相。
引用
Atomic原子操作原理剖析的更多相关文章
- java线程:Atomic(原子的)
一.何谓Atomic? Atomic一词跟原子有点关系,后者曾被人认为是最小物质的单位.计算机中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思.如果一段代码被认为是Atomic,则表示这段代码在执行过程中 ...
- java线程:Atomic(原子)
.何谓Atomic? Atomic一词跟原子有点关系,后者曾被人认为是最小物质的单位.计算机中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思.如果一段代码被认为是Atomic,则表示这段代码在执行过程中, ...
- 第31课 std::atomic原子变量
一. std::atomic_flag和std::atomic (一)std::atomic_flag 1. std::atomic_flag是一个bool类型的原子变量,它有两个状态set和clea ...
- atomic 原子自增工程用法案例
案例 1 : 简单用法 atomic_int id; atomic_fetch_add(&id, 1) atomic_uint id; atomic_fetch_add(&id, 1) ...
- Java原子类操作原理剖析
◆CAS的概念◆ 对于并发控制来说,使用锁是一种悲观的策略.它总是假设每次请求都会产生冲突,如果多个线程请求同一个资源,则使用锁宁可牺牲性能也要保证线程安全.而无锁则是比较乐观的看待这个问题,它会假设 ...
- CompareAndSwap原子操作原理
在翻阅AQS(AbstractQueuedSynchronizer)类的过程中,发现其进行原子操作的时候采用的是CAS.涉及的代码如下: 1: private static final Unsafe ...
- Spark- 优化后的 shuffle 操作原理剖析
在spark新版本中,引入了 consolidation 机制,也就是说提出了ShuffleGroup的概念.一个 ShuffleMapTask 将数据写入 ResultTask 数量的本地文本,这个 ...
- 一篇文章快速搞懂 Atomic(原子整数/CAS/ABA/原子引用/原子数组/LongAdder)
前言 相信大部分开发人员,或多或少都看过或写过并发编程的代码.并发关键字除了Synchronized,还有另一大分支Atomic.如果大家没听过没用过先看基础篇,如果听过用过,请滑至底部看进阶篇,深入 ...
- C++11 并发指南六( <atomic> 类型详解二 std::atomic )
C++11 并发指南六(atomic 类型详解一 atomic_flag 介绍) 一文介绍了 C++11 中最简单的原子类型 std::atomic_flag,但是 std::atomic_flag ...
随机推荐
- 【小程序】微信小程序绑定企业微信后怎样获取到用户信息
一.获取access_token 1.https://qyapi.weixin.qq.com/cgi-bin/gettoken?corpid=ID&corpsecret=SECRECT Cor ...
- CentOS7系列--3.1CentOS7中配置NFS服务
CentOS7配置NFS服务 1. 配置NFS服务器端 1.1. 安装nfs-utils软件 [root@server1 ~]# yum install -y nfs-utils Loaded plu ...
- Mac下git的环境搭建和基本使用
前言本文将介绍git的基本概念.环境搭建.日常使用,主要针对刚接触git,或接触不久,或好久没用忘记的同学们,当然是基于mac环境的,window系统也是大同小异!本文将从以下几个模块介绍,希望能帮助 ...
- idea springboot应用启动
在idea里启动springboot应用最好使用 spring-boot:run 如果通过运行main方法启动应用,会找不到页面
- jsoncpp cmake
(1)下载jsoncpp源码源码地址:https://github.com/open-source-parsers/jsoncpp/tree/0.y.z(2)解压源码 unzip jsoncpp-0. ...
- 如何查看Ext自带的API和示例
Ext是一款富客户端开发框架,它基于JavaScript.HTML和CSS开发而成,无须安装任何插件即可在常用浏览器中创建出绚丽的页面效果. 1.下载地址http://www.sencha.com/p ...
- SQLSERVER2012里的扩展事件初尝试(下)
SQLSERVER2012里的扩展事件初尝试(下) SQLSERVER2012里的扩展事件初尝试(上) 我们继续文章扩展事件在Denali CTP3里的新UI(二)里的这个实验 脚本文件下载:http ...
- GreenPlum 5.0的安装
基本环境: server IP MDW 172.16.16.31 SDW1 172.16.16.34 SDW2 172.16.16.35 1:检查操作系统是否符合要求,以及系统设置. 我这里使用的系统 ...
- MySQL上机实习报告(一)
一.实习内容 利用wamp进行MySQL上机实习,建立数据库和一个学生信息表,并能对建的表进行数据插入.修改.查询和删除等内容. 二.实习目的 能将课堂上所学的内容运用到实际的上机操作中,进一步 ...
- Linux zip命令详解
zip常见命令参数 Usage: zip [-options] [-b path] [-t mmddyyyy] [-n suffixes] [zipfile list] [-xi list] The ...