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iOS多线程安全的概念在很多地方都会遇到，为什么不安全，不安全又该怎么去定义，其实是个值得深究的话题。 
共享状态，多线程共同访问某个对象的property，在iOS编程里是很普遍的使用场景，我们就从Property的多线程安全说起。 Property当我们讨论property多线程安全的时候，很多人都知道给property加上atomic attribute之后，可以一定程度的保障多线程安全，类似： @property (atomic, strong) NSString* userName;
事情并没有看上去这么简单，要分析property在多线程场景下的表现，需要先对property的类型做区分。 我们可以简单的将property分为值类型和对象类型，值类型是指primitive type，包括int, long, bool等非对象类型，另一种是对象类型，声明为指针，可以指向某个符合类型定义的内存区域。 上述代码中userName明显是个对象类型，当我们访问userName的时候，访问的有可能是userName本身，也有可能是userName所指向的内存区域。 比如： self.userName = @"peak";
是在对指针本身进行赋值。而 [self.userName rangeOfString:@"peak"];
是在访问指针指向的字符串所在的内存区域，这二者并不一样。 所以我们可以大致上将property分为三类：
分完类之后，我们需要明白这三类property的内存模型。 Memory Layout当我们讨论多线程安全的时候，其实是在讨论多个线程同时访问一个内存区域的安全问题。针对同一块区域，我们有两种操作，读（load）和写（store），读和写同时发生在同一块区域的时候，就有可能出现多线程不安全。所以展开讨论之前，先要明白上述三种property的内存模型，可用如下图示：
以64位系统为例，指针NSString*是8个字节的内存区域，int count是个4字节的区域，而@“Peak”是一块根据字符串长度而定的内存区域。 当我们访问property的时候，实际上是访问上图中三块内存区域。 self.userName = @"peak";
是修改第一块区域。 self.count = 10;
是在修改第二块区域。 [self.userName rangeOfString:@"peak"];
是在读取第三块区域。 不安全的定义明白了property的类型以及他们对应的内存模型，我们再来看看不安全的定义。Wikipedia如是说： A piece of code is thread-safe if it manipulates shared data structures only in a manner that guarantees safe execution by multiple threads at the same time 这段定义看起来还是有点抽象，我们可以将多线程不安全解释为： 多线程访问时出现意料之外的结果 。这个意料之外的结果包含几种场景，不一定是指crash，后面再一一分析。 先来看下多线程是如何同时访问内存的。不考虑CPU cache对变量的缓存，内存访问可以用下图表示：
从上图中可以看出，我们只有一个地址总线，一个内存。即使是在多线程的环境下，也不可能存在两个线程 同时 访问同一块内存区域的场景，内存的访问一定是通过一个地址总线串行排队访问的，所以在继续后续之前，我们先要明确几个结论： 结论一：内存的访问时串行的，并不会导致内存数据的错乱或者应用的crash。 结论二：如果读写（load or store）的内存长度小于等于地址总线的长度，那么读写的操作是原子的，一次完成。比如bool，int，long在64位系统下的单次读写都是原子操作。 接下来我们根据上面三种property的分类逐一看下多线程的不安全场景。 值类型Property先以BOOL值类型为例，当我们有两个线程访问如下property的时候： @property (nonatomic, strong) BOOL isDeleted;
//thread 1
bool isDeleted = self.isDeleted;
//thread 2
self.isDeleted = false;
线程1和线程2，一个读(load)，一个写(store)，对于BOOL isDeleted的访问可能有先后之分，但一定是串行排队的。而且由于BOOL大小只有1个字节，64位系统的地址总线对于读写指令可以支持8个字节的长度，所以对于BOOL的读和写操作我们可以认为是原子的，所以当我们声明BOOL类型的property的时候，从原子性的角度看，使用atomic和nonatomic并没有实际上的区别（当然如果重载了getter方法就另当别论了）。 如果是int类型呢？ @property (nonatomic, strong) int count;
//thread 1
int curCount = self.count;
//thread 2
self.count = 1;
同理int类型长度为4字节，读和写都可以通过一个指令完成，所以理论上读和写操作都是原子的。从访问内存的角度看nonatomic和atomic也并没有什么区别。 atomic到底有什么用呢？据我所知，用处有二： 用处一： 生成原子操作的getter和setter。 设置atomic之后，默认生成的getter和setter方法执行是原子的。也就是说，当我们在线程1执行getter方法的时候（创建调用栈，返回地址，出栈），线程B如果想执行setter方法，必须先等getter方法完成才能执行。举个例子，在32位系统里，如果通过getter返回64位的double，地址总线宽度为32位，从内存当中读取double的时候无法通过原子操作完成，如果不通过atomic加锁，有可能会在读取的中途在其他线程发生setter操作，从而出现异常值。如果出现这种异常值，就发生了 多线程不安全 。 用处二：设置Memory Barrier对于Objective C的实现来说，几乎所有的加锁操作最后都会设置memory barrier，atomic本质上是对getter，setter加了锁，所以也会设置memory barrier。官方文档表述如下： Note:Most types of locks also incorporate a memory barrier to ensure that any preceding load and store instructions are completed before entering the critical section. memory barrier有什么用处呢？ memory barrier能够保证内存操作的顺序，按照我们代码的书写顺序来。听起来有点不可思议，事实是编译器会对我们的代码做优化，在它认为合理的场景改变我们代码最终翻译成的机器指令顺序。也就是说如下代码： self.intA = 0; //line 1
self.intB = 1; //line 2
编译器可能在一些场景下先执行line2，再执行line1，因为它认为A和B之间并不存在依赖关系，虽然在代码执行的时候，在另一个线程intA和intB存在某种依赖，必须要求line1先于line2执行。 如果设置property为atomic，也就是设置了memory barrier之后，就能够保证line1的执行一定是先于line2的，当然这种场景非常罕见，一则是出现变量跨线程访问依赖，二是遇上编译器的优化，两个条件缺一不可。这种极端的场景下，atomic确实可以让我们的代码更加多线程安全一点，但我写iOS代码至今，还未遇到过这种场景，较大的可能性是编译器已经足够聪明，在我们需要的地方设置memory barrier了。 是不是使用了atomic就一定多线程安全呢？我们可以看看如下代码： @property (atomic, assign) int intA;
//thread A
for (int i = 0; i < 10000; i ++) {
self.intA = self.intA + 1;
NSLog(@"Thread A: %d\n", self.intA);
}
//thread B
for (int i = 0; i < 10000; i ++) {
self.intA = self.intA + 1;
NSLog(@"Thread B: %d\n", self.intA);
}
即使我将intA声明为atomic，最后的结果也不一定会是20000。原因就是因为 指针Property指针Property一般指向一个对象，比如： @property (atomic, strong) NSString* userName;
无论iOS系统是32位系统还是64位，一个指针的值都能通过一个指令完成load或者store。但和primitive type不同的是，对象类型还有内存管理的相关操作。在MRC时代，系统默认生成的setter类似如下： - (void)setUserName:(NSString *)userName {
if(_uesrName != userName) {
[userName retain];
[_userName release];
_userName = userName;
}
}
不仅仅是赋值操作，还会有retain，release调用。如果property为nonatomic，上述的setter方法就不是原子操作，我们可以假设一种场景，线程1先通过getter获取当前 到了ARC时代，Xcode已经替我们处理了retain和release，绝大部分时候我们都不需要去关心内存的管理，但retain，release其实还是存在于最后运行的代码当中，atomic和nonatomic对于对象类的property声明理论上还是存在差异，不过我在实际使用当中，将NSString*设置为nonatomic也从未遇到过上述多线程不安全的场景，极有可能ARC在内存管理上的优化已经将上述场景处理过了，所以我个人觉得，如果只是对对象类property做read，write，atomic和nonatomic在多线程安全上并没有实际差别。 指针Property指向的内存区域这一类多线程的访问场景是我们很容易出错的地方，即使我们声明property为atomic，依然会出错。因为我们访问的不是property的指针区域，而是property所指向的内存区域。可以看如下代码： @property (atomic, strong) NSString* stringA;
//thread A
for (int i = 0; i < 100000; i ++) {
if (i % 2 == 0) {
self.stringA = @"a very long string";
}
else {
self.stringA = @"string";
}
NSLog(@"Thread A: %@\n", self.stringA);
}
//thread B
for (int i = 0; i < 100000; i ++) {
if (self.stringA.length >= 10) {
NSString* subStr = [self.stringA substringWithRange:NSMakeRange(0, 10)];
}
NSLog(@"Thread B: %@\n", self.stringA);
}
虽然stringA是atomic的property，而且在取substring的时候做了length判断，线程B还是很容易crash，因为在前一刻读length的时候 同样的场景还存在对集合类操作的时候，比如： @property (atomic, strong) NSArray* arr;
//thread A
for (int i = 0; i < 100000; i ++) {
if (i % 2 == 0) {
self.arr = @[@"1", @"2", @"3"];
}
else {
self.arr = @[@"1"];
}
NSLog(@"Thread A: %@\n", self.arr);
}
//thread B
for (int i = 0; i < 100000; i ++) {
if (self.arr.count >= |
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