Czy zmienne Swift są atomowe?


102

W Objective-C masz rozróżnienie między właściwościami atomowymi i nieatomowymi:

@property (nonatomic, strong) NSObject *nonatomicObject;
@property (atomic, strong) NSObject *atomicObject;

Z mojego zrozumienia można bezpiecznie odczytywać i zapisywać właściwości zdefiniowane jako atomowe z wielu wątków, podczas gdy pisanie i uzyskiwanie dostępu do właściwości nieatomowych lub ivars z wielu wątków w tym samym czasie może skutkować niezdefiniowanym zachowaniem, w tym błędami złego dostępu.

Więc jeśli masz taką zmienną w Swift:

var object: NSObject

Czy mogę bezpiecznie odczytywać i zapisywać w tej zmiennej równolegle? (Bez rozważania rzeczywistego znaczenia robienia tego).


Myślę, że w przyszłości możemy użyć @atomiclub @nonatomic. lub domyślnie atomic. (Swift jest tak niekompletny, nie możemy teraz wiele powiedzieć)
— Bryan Chen,

1
IMO, domyślnie uczynią wszystko nieatomowym i prawdopodobnie zapewnią specjalną funkcję do tworzenia materiałów atomowych.
— eonil

Na marginesie, atomicgeneralnie nie jest uważany za wystarczający do bezpiecznej dla wątków interakcji z właściwością, z wyjątkiem prostych typów danych. W przypadku obiektów zazwyczaj synchronizuje się dostęp między wątkami za pomocą blokad (np. NSLockLub @synchronized) lub kolejek GCD (np. Kolejka szeregowa lub kolejka współbieżna ze wzorcem „czytnik-zapisujący”).
— Rob

@Rob, prawda, chociaż z powodu liczenia odwołań w Objective-C (i prawdopodobnie w Swift), jednoczesne odczytywanie i zapisywanie do zmiennej bez dostępu atomowego może spowodować uszkodzenie pamięci. Gdyby wszystkie zmienne miały atomowy dostęp, najgorszą rzeczą, jaka mogłaby się zdarzyć, byłby „logiczny” wyścig, tj. Nieoczekiwane zachowanie.
— lassej,

Nie zrozum mnie źle: mam nadzieję, że Apple odpowie na pytanie dotyczące zachowania atomowego. Po prostu (a) atomicnie zapewnia bezpieczeństwa wątków dla obiektów; oraz (b) jeśli ktoś właściwie używa jednej z wyżej wymienionych technik synchronizacji w celu zapewnienia bezpieczeństwa wątków (między innymi, zapobieganie jednoczesnemu odczytowi / zapisowi), kwestia atomowa jest dyskusyjna. Ale nadal potrzebujemy / chcemy tego dla prostych typów danych, gdzie atomicma realną wartość. Dobre pytanie!
— Rob,

Odpowiedzi:


52

Jest bardzo wcześnie, aby założyć, że nie jest dostępna dokumentacja niskiego poziomu, ale można uczyć się od montażu. Disassembler hopper to świetne narzędzie.

@interface ObjectiveCar : NSObject
@property (nonatomic, strong) id engine;
@property (atomic, strong) id driver;
@end

Używa objc_storeStrongi odpowiednio objc_setProperty_atomicdla nieatomowych i atomowych, gdzie

class SwiftCar {
    var engine : AnyObject?    
    init() {
    }
}

używa swift_retainod libswift_stdlib_corei najwyraźniej nie ma wbudowanego zabezpieczenia wątków.

Możemy spekulować, że dodatkowe słowa kluczowe (podobne do @lazy) mogą zostać wprowadzone później.

Aktualizacja 20.07.15 : zgodnie z tym postem na blogu na singletonach, środowisko swift może sprawić, że niektóre przypadki będą bezpieczne dla Ciebie, np .:

class Car {
    static let sharedCar: Car = Car() // will be called inside of dispatch_once
}

private let sharedCar: Car2 = Car2() // same here
class Car2 {

}

Aktualizacja 25.05.16 : Wypatruj propozycji szybkiej ewolucji https://github.com/apple/swift-evolution/blob/master/propiments/0030-property-behavior-decls.md - wygląda na to, że tak jest będziesz mógł mieć @atomiczaimplementowane zachowanie.


Zaktualizowałem moją odpowiedź kilkoma ostatnimi informacjami, mam nadzieję, że to pomoże
— Sash Zats

1
Hej, dzięki za link do narzędzia do demontażu zbiorników. Wygląda schludnie.
— C0D3

11

Swift nie ma żadnych konstrukcji językowych związanych z bezpieczeństwem wątków. Zakłada się, że będziesz używać dostarczonych bibliotek do zarządzania bezpieczeństwem wątków. Istnieje wiele opcji implementacji zabezpieczeń wątków, w tym muteksy pthread, NSLock i dispatch_sync jako mechanizm mutex. Zobacz ostatni post Mike'a Asha na ten temat: https://mikeash.com/pyblog/friday-qa-2015-02-06-locks-thread-safety-and-swift.html A więc bezpośrednia odpowiedź na pytanie „Czy Czy czytam i piszę do tej zmiennej równolegle bezpiecznie? ” nie jest.


7

Prawdopodobnie jest za wcześnie, aby odpowiedzieć na to pytanie. Obecnie w Swift brakuje modyfikatorów dostępu, więc nie ma oczywistego sposobu na dodanie kodu, który zarządza współbieżnością wokół metody pobierającej / ustawiającej właściwości. Co więcej, język Swift nie wydaje się jeszcze mieć żadnych informacji o współbieżności! (Brakuje również KVO itp.)

Myślę, że odpowiedź na to pytanie stanie się jasna w przyszłych wydaniach.


re: brak KVO, sprawdź willSet, didSet- wydaje się być pierwszym krokiem na drodze
— Sash Zats

1
willSet, didSet jest bardziej dla właściwości, które zawsze potrzebowały niestandardowego ustawiacza, ponieważ musiały coś zrobić. Na przykład właściwość koloru, która wymaga przerysowania widoku, gdy właściwość zostanie zmieniona na inną wartość; jest to teraz łatwiejsze dzięki didSet.
— gnasher729

tak, to właśnie miałem na myśli mówiąc „pierwszy krok” :) Przypuszczałem, że może to oznaczać, że funkcja jest dostępna, ale nie jest jeszcze w pełni zaimplementowana
— Sash Zats

6

Detale

  • Xcode 9.1, Swift 4
  • Xcode 10.2.1 (10E1001), Swift 5

Spinki do mankietów

Wdrożone typy

Główny pomysł

class Example {

    private lazy var semaphore = DispatchSemaphore(value: 1)

    func executeThreadSafeFunc1() {
        // Lock access. Only first thread can execute code below.
        // Other threads will wait until semaphore.signal() will execute
        semaphore.wait()
        // your code
        semaphore.signal()         // Unlock access
    }

    func executeThreadSafeFunc2() {
        // Lock access. Only first thread can execute code below.
        // Other threads will wait until semaphore.signal() will execute
        semaphore.wait()
        DispatchQueue.global(qos: .background).async {
            // your code
            self.semaphore.signal()         // Unlock access
        }
    }
}

Próbka dostępu atomowego

class Atomic {

    let dispatchGroup = DispatchGroup()
    private var variable = 0

    // Usage of semaphores

    func semaphoreSample() {

        // value: 1 - number of threads that have simultaneous access to the variable
        let atomicSemaphore = DispatchSemaphore(value: 1)
        variable = 0

        runInSeveralQueues { dispatchQueue  in
            // Only (value) queqes can run operations betwen atomicSemaphore.wait() and atomicSemaphore.signal()
            // Others queues await their turn
            atomicSemaphore.wait()            // Lock access until atomicSemaphore.signal()
            self.variable += 1
            print("\(dispatchQueue), value: \(self.variable)")
            atomicSemaphore.signal()          // Unlock access
        }

        notifyWhenDone {
            atomicSemaphore.wait()           // Lock access until atomicSemaphore.signal()
            print("variable = \(self.variable)")
            atomicSemaphore.signal()         // Unlock access
        }
    }

    // Usage of sync of DispatchQueue

    func dispatchQueueSync() {
        let atomicQueue = DispatchQueue(label: "dispatchQueueSync")
        variable = 0

        runInSeveralQueues { dispatchQueue  in

            // Only queqe can run this closure (atomicQueue.sync {...})
            // Others queues await their turn
            atomicQueue.sync {
                self.variable += 1
                print("\(dispatchQueue), value: \(self.variable)")
            }
        }

        notifyWhenDone {
            atomicQueue.sync {
                print("variable = \(self.variable)")
            }
        }
    }

    // Usage of objc_sync_enter/objc_sync_exit

    func objcSync() {
        variable = 0

        runInSeveralQueues { dispatchQueue  in

            // Only one queqe can run operations betwen objc_sync_enter(self) and objc_sync_exit(self)
            // Others queues await their turn
            objc_sync_enter(self)                   // Lock access until objc_sync_exit(self).
            self.variable += 1
            print("\(dispatchQueue), value: \(self.variable)")
            objc_sync_exit(self)                    // Unlock access
        }

        notifyWhenDone {
            objc_sync_enter(self)                   // Lock access until objc_sync_exit(self)
            print("variable = \(self.variable)")
            objc_sync_exit(self)                    // Unlock access
        }
    }
}

// Helpers

extension Atomic {

    fileprivate func notifyWhenDone(closure: @escaping ()->()) {
        dispatchGroup.notify(queue: .global(qos: .utility)) {
            closure()
            print("All work done")
        }
    }

    fileprivate func runInSeveralQueues(closure: @escaping (DispatchQueue)->()) {

        async(dispatch: .main, closure: closure)
        async(dispatch: .global(qos: .userInitiated), closure: closure)
        async(dispatch: .global(qos: .utility), closure: closure)
        async(dispatch: .global(qos: .default), closure: closure)
        async(dispatch: .global(qos: .userInteractive), closure: closure)
    }

    private func async(dispatch: DispatchQueue, closure: @escaping (DispatchQueue)->()) {

        for _ in 0 ..< 100 {
            dispatchGroup.enter()
            dispatch.async {
                let usec = Int(arc4random()) % 100_000
                usleep(useconds_t(usec))
                closure(dispatch)
                self.dispatchGroup.leave()
            }
        }
    }
}

Stosowanie

Atomic().semaphoreSample()
//Atomic().dispatchQueueSync()
//Atomic().objcSync()

Wynik

wprowadź opis obrazu tutaj


Przykładowy projekt na github byłby fajny!
— Klaas

1
Witaj! To jest pełna próbka. Skopiuj Atomicklasę i uruchom ją za pomocąAtomic().semaphoreSample()
— Wasilij Bodnarchuk

Tak, już to zrobiłem. Pomyślałem, że byłoby fajnie mieć go jako projekt, który jest aktualizowany do najnowszej składni. W przypadku Swift składnia zmienia się cały czas. A twoja odpowiedź jest jak dotąd ostatnia :)
— Klaas

1

Oto opakowanie właściwości atomowych, którego często używam. Zrobiłem rzeczywisty mechanizm blokujący jako protokół, więc mogłem eksperymentować z różnymi mechanizmami. Wypróbowałem semafory DispatchQueuesi pthread_rwlock_t. pthread_rwlock_tZostał wybrany, ponieważ wydaje się mieć najmniejszy narzut i mniejsze szanse na priorytetową inwersji.

/// Defines a basic signature that all locks will conform to. Provides the basis for atomic access to stuff.
protocol Lock {
    init()
    /// Lock a resource for writing. So only one thing can write, and nothing else can read or write.
    func writeLock()
    /// Lock a resource for reading. Other things can also lock for reading at the same time, but nothing else can write at that time.
    func readLock()
    /// Unlock a resource
    func unlock()
}

final class PThreadRWLock: Lock {
    private var rwLock = pthread_rwlock_t()

    init() {
        guard pthread_rwlock_init(&rwLock, nil) == 0 else {
            preconditionFailure("Unable to initialize the lock")
        }
    }

    deinit {
        pthread_rwlock_destroy(&rwLock)
    }

    func writeLock() {
        pthread_rwlock_wrlock(&rwLock)
    }

    func readLock() {
        pthread_rwlock_rdlock(&rwLock)
    }

    func unlock() {
        pthread_rwlock_unlock(&rwLock)
    }
}

/// A property wrapper that ensures atomic access to a value. IE only one thing can write at a time.
/// Multiple things can potentially read at the same time, just not during a write.
/// By using `pthread` to do the locking, this safer then using a `DispatchQueue/barrier` as there isn't a chance
/// of priority inversion.
@propertyWrapper
public final class Atomic<Value> {

    private var value: Value
    private let lock: Lock = PThreadRWLock()

    public init(wrappedValue value: Value) {
        self.value = value
    }

    public var wrappedValue: Value {
        get {
            self.lock.readLock()
            defer { self.lock.unlock() }
            return self.value
        }
        set {
            self.lock.writeLock()
            self.value = newValue
            self.lock.unlock()
        }
    }

    /// Provides a closure that will be called synchronously. This closure will be passed in the current value
    /// and it is free to modify it. Any modifications will be saved back to the original value.
    /// No other reads/writes will be allowed between when the closure is called and it returns.
    public func mutate(_ closure: (inout Value) -> Void) {
        self.lock.writeLock()
        closure(&value)
        self.lock.unlock()
    }
}

1

Od wersji Swift 5.1 możesz używać opakowań właściwości, aby tworzyć określoną logikę dla swoich właściwości. Oto implementacja atomic wrapper:

@propertyWrapper
struct atomic<T> {
    private var value: T
    private let lock = NSLock()

    init(wrappedValue value: T) {
        self.value = value
    }

    var wrappedValue: T {
      get { getValue() }
      set { setValue(newValue: newValue) }
    }

    func getValue() -> T {
        lock.lock()
        defer { lock.unlock() }

        return value
    }

    mutating func setValue(newValue: T) {
        lock.lock()
        defer { lock.unlock() }

        value = newValue
    }
}

Jak używać:

class Shared {
    @atomic var value: Int
...
}
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.