OS中atomic的实现解析

转自：http://my.oschina.net/majiage/blog/267409

摘要 atomic属性线程安全，会增加一定开销，但有些时候必须自定义atomic。这时候，我们就需要知道atomic的实现原理及方法了。这篇文章主要就是讲解自定义atomic的实现。

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atomic原子性与non-atomic非原子性

iOS中有两个属性non-atomic和atomic，前者是非原子性的（线程不安全），后者是原子性的（线程安全），一般情况下不会去重写它们，但某些时候确实有重写的需求。

那些int、float之类的类型，你重写想出错都很难。但是强引用类型（retain）就需要注意了。

简单的说一下非原子性的nonatomic实现，方式如下：

- (void)setCurrentImage:(UIImage *)currentImage
{
    if (_currentImage != currentImage) {
        [_currentImage release];
        _currentImage = [currentImage retain];
             
        // do something
    }
}
- (UIImage *)currentImage
{
    return _currentImage;
}

atomic实现：

关于atomic的实现最开始的方式如下：

- (void)setCurrentImage:(UIImage *)currentImage
{
    @synchronized(self) {
    if (_currentImage != currentImage) {
        [_currentImage release];
        _currentImage = [currentImage retain];
                 
        // do something
        }
    }
}
 
- (UIImage *)currentImage
{
    @synchronized(self) {
        return _currentImage;
    }
}

具体讲就是retain的同步版本，本来以为没问题，但在用GCD重绘currentImage的过程中，有时候currentImage切换太频繁。在完成之前就把之前的currentImage释放了，程序仍然会崩溃。还需要在resize过程中增加retain和release操作，代码如下：

- (UIImage *)resizedImage:(CGSize)newSize interpolationQuality:(CGInterpolationQuality)quality {
    // For multithreading
    [self retain];
         
    BOOL drawTransposed;
    CGAffineTransform transform = CGAffineTransformIdentity;
         
    // In iOS 5 the image is already correctly rotated. See Eran Sandler's
    // addition here: http://eran.sandler.co.il/2011/11/07/uiimage-in-ios-5-orientation-and-resize/
         
    if([[[UIDevice currentDevice]systemVersion]floatValue] >= 5.0) {
        drawTransposed = NO;
    } else {
    switch(self.imageOrientation) {
        case UIImageOrientationLeft:
        case UIImageOrientationLeftMirrored:
        case UIImageOrientationRight:
        case UIImageOrientationRightMirrored:
            drawTransposed = YES;
            break;
        default:
            drawTransposed = NO;
    }
             
    transform = [self transformForOrientation:newSize];
    }
    transform = [self transformForOrientation:newSize];
         
    UIImage *image = [self resizedImage:newSize transform:transform drawTransposed:drawTransposed interpolationQuality:quality];
    [self release];
    return image;
}

原始版本的resize函数如下：

- (UIImage *)resizedImage:(CGSize)newSize interpolationQuality:(CGInterpolationQuality)quality {
    BOOL drawTransposed;
    CGAffineTransform transform = CGAffineTransformIdentity;
        
    // In iOS 5 the image is already correctly rotated. See Eran Sandler's
    // addition here: http://eran.sandler.co.il/2011/11/07/uiimage-in-ios-5-orientation-and-resize/
         
    if([[[UIDevice currentDevice]systemVersion]floatValue] >= 5.0) {
        drawTransposed = NO;
    } else {
        switch(self.imageOrientation) {
        case UIImageOrientationLeft:
        case UIImageOrientationLeftMirrored:
        case UIImageOrientationRight:
        case UIImageOrientationRightMirrored:
            drawTransposed = YES;
            break;
        default:
            drawTransposed = NO;
        }
             
    transform = [self transformForOrientation:newSize];
    }
    transform = [self transformForOrientation:newSize];
         
    return [self resizedImage:newSize transform:transform drawTransposed:drawTransposed interpolationQuality:quality];
}

但是之前在没有重写getter之前，用atomic的getter程序不会崩溃。于是我就想现在的getter和atomic自己实现的getter肯定有区别。

最后，答案出现：在getter的return之前retain，再autorelease一次就可以了。getter函数就变成了这样：

- (UIImage *)currentImage
{
    @synchronized(self) {
        UIImage *image = [_currentImage retain];
        return [image autorelease];
    }
}

这样可以确保currentImage在调用过程中不会因为currentImage被释放或者改变，使它的retainCount次数变为0，再在调用时让程序直接崩溃。

Runtime方法

在Memory and thread-safe custom property methods这篇文章中还提到了一种Objective-C的runtime解决方案。

Objective-C的runtime中实现了以下函数：

id <strong>objc_getProperty</strong>(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, BOOL atomic);
void <strong>objc_setProperty</strong>(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, id newValue, BOOL atomic, BOOL shouldCopy);
void <strong>objc_copyStruct</strong>(void *dest, const void *src, ptrdiff_t size, BOOL atomic, BOOL hasStrong);

这几个函数被实现了，但没有被声名。如果要使用他们，必须自己声名。它们比用@synchronized实现的要快。因为它的实现方式与一般情况不同，静态变量只在接收并发时才会锁住。

声名方式：

#define <strong>AtomicRetainedSetToFrom</strong>(dest, source) 
        objc_setProperty(self, _cmd, (ptrdiff_t)(&dest) - (ptrdiff_t)(self), source, YES, NO)
#define <strong>AtomicCopiedSetToFrom</strong>(dest, source) 
        objc_setProperty(self, _cmd, (ptrdiff_t)(&dest) - (ptrdiff_t)(self), source, YES, YES)
#define <strong>AtomicAutoreleasedGet</strong>(source) 
        objc_getProperty(self, _cmd, (ptrdiff_t)(&source) - (ptrdiff_t)(self), YES)
#define <strong>AtomicStructToFrom</strong>(dest, source) 
        objc_copyStruct(&dest, &source, sizeof(__typeof__(source)), YES, NO)

用这些宏定义，上面something的copy getter和setter方法将变成这样：

- (NSString *)someString
{
    return AtomicAutoreleasedGet(someString);
}
- (void)setSomeString:(NSString *)aString
{
    AtomicCopiedSetToFrom(someString, aString);
}

someRect存取方法将变成这样：

- (NSRect)someRect
{
    NSRect result;
    AtomicStructToFrom(result, someRect);
    return result;
}
- (void)setSomeRect:(NSRect)aRect
{
    AtomicStructToFrom(someRect, aRect);
}