iOS中atomic修饰符的底层实现

在iOS中，atomic表示一个类的属性getter/setter具有原子性。那么iOS底层是如何保证这种原子性的呢？

我们有一个类A，它有一个属性X具有atomic:

@property (atomic, strong) X *x;

当我们为这个这个X属性赋值的时候:-[A setX:]的汇编代码如下:

 1 0x10e320f00 <+0>:  push   rbp
 2     0x10e320f01 <+1>:  mov    rbp, rsp
 3     0x10e320f04 <+4>:  sub    rsp, 0x20
 4     0x10e320f08 <+8>:  mov    qword ptr [rbp - 0x8], rdi
 5     0x10e320f0c <+12>: mov    qword ptr [rbp - 0x10], rsi
 6     0x10e320f10 <+16>: mov    qword ptr [rbp - 0x18], rdx
 7     0x10e320f14 <+20>: mov    rsi, qword ptr [rbp - 0x10]
 8     0x10e320f18 <+24>: mov    rax, qword ptr [rbp - 0x8]
 9     0x10e320f1c <+28>: mov    rcx, qword ptr [rbp - 0x18]
10     0x10e320f20 <+32>: mov    rdi, rax
11     0x10e320f23 <+35>: mov    rdx, rcx
12     0x10e320f26 <+38>: mov    ecx, 0x18
13     0x10e320f2b <+43>: call   0x10e321312               ; symbol stub for: objc_setProperty_atomic 注意这行
14     0x10e320f30 <+48>: add    rsp, 0x20
15     0x10e320f34 <+52>: pop    rbp
16     0x10e320f35 <+53>: ret    

上面的汇编代码第13行显示，setX里面调用了objc rumtime函数objc_setProperty_atomic函数。打开objc_setProperty_atomic源码:

void objc_setProperty_atomic(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset)
{
    reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, true, false, false);
}

 1 static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
 2 {
 3     if (offset == 0) {
 4         object_setClass(self, newValue);
 5         return;
 6     }
 7
 8     id oldValue;
 9     id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
10
11     if (copy) {
12         newValue = [newValue copyWithZone:NULL];
13     } else if (mutableCopy) {
14         newValue = [newValue mutableCopyWithZone:NULL];
15     } else {
16         if (*slot == newValue) return;
17         newValue = objc_retain(newValue);
18     }
19
20     if (!atomic) {
21         oldValue = *slot;
22         *slot = newValue;
23     } else { //如果是atomic属性修饰，会加上自旋锁
24         spin_lock_t *slotlock = &PropertyLocks[GOODHASH(slot)];
25         _spin_lock(slotlock);
26         oldValue = *slot;
27         *slot = newValue;
28         _spin_unlock(slotlock);
29     }
30
31     objc_release(oldValue);
32 }

通过源码发现，objc_setProperty_atomic函数调用了reallySetProperty函数，而reallySetProperty函数的23行，如果是atomic属性修饰的，为这个变量赋值会加上自旋锁。

下面我们看下访问X这个变量时的getter方法:-[A x]，汇编代码如下:

 1 ->  0x10c09fed0 <+0>:  push   rbp
 2     0x10c09fed1 <+1>:  mov    rbp, rsp
 3     0x10c09fed4 <+4>:  mov    qword ptr [rbp - 0x8], rdi
 4     0x10c09fed8 <+8>:  mov    qword ptr [rbp - 0x10], rsi
 5     0x10c09fedc <+12>: mov    rsi, qword ptr [rbp - 0x10]
 6     0x10c09fee0 <+16>: mov    rdi, qword ptr [rbp - 0x8]
 7     0x10c09fee4 <+20>: mov    edx, 0x18
 8     0x10c09fee9 <+25>: mov    ecx, 0x1
 9     0x10c09feee <+30>: pop    rbp
10     0x10c09feef <+31>: jmp    0x10c0a02fa               ; symbol stub for: objc_getProperty 寄存器ecx为1，表示传递给objc_getProperty的第4个参数为YES，而这个参数刚好表示是否是atomic的

上面汇编代码第10行，getter方法访问了objc运行时的objc_getProperty方法，我们查看源码:

1 id
2 objc_getProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, BOOL atomic)
3 {
4     return objc_getProperty_non_gc(self, _cmd, offset, atomic);
5 }

 1 id objc_getProperty_non_gc(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, BOOL atomic) {
 2     if (offset == 0) {
 3         return object_getClass(self);
 4     }
 5
 6     // Retain release world
 7     id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
 8     if (!atomic) return *slot;
 9
10     // Atomic retain release world
11     // Atomic属性访问会加锁
12     spin_lock_t *slotlock = &PropertyLocks[GOODHASH(slot)];
13     _spin_lock(slotlock);
14     id value = objc_retain(*slot);
15     _spin_unlock(slotlock);
16
17     // for performance, we (safely) issue the autorelease OUTSIDE of the spinlock.
18     return objc_autoreleaseReturnValue(value);
19 }

从上面getter方法汇编码可以知道传递给objc_getProperty第四个参数为YES，也就是atomic参数为YES。而objc_getProperty调用了objc_getProperty_non_gc函数，这个函数里面第12行，如果是atomic属性，访问的时候会加锁。

测试的时候发现，如果atomic修饰的是诸如整型这些简单类型的变量，setter/getter时都是使用对象首地址+偏移量完成，而不会调用objc_getProperty函数和objc_setProperty_atomic函数。可能是因为对这些变量的操作，本身就是原子性的。