ios 原子属性atomic加锁性能与锁对比, 不推荐的原因

在设置属性的时候, 我们都会写上nonatomic, 基本没有写过atomic, 苹果建议这么做, 因为atomic严重影响了性能.

但是atomic影响了多少? 如果一个属性真的需要在多线程下读写, 那么使用atomic和其他锁之间的性能差多少?

atomic的底层实现只是在 setter 和 getter 方法中加了一个锁, 这个锁表面上是自旋锁, 但是在最新的runtime版本上是一个os_unfair_lock。

但是spinlock_t从名字上看是一个自旋锁，但是真正对应的类实现中采用的是 os_unfair_lock， 这波操作真的是挂羊头卖狗肉。

写下测试代码测试100W次, 让atomic和信号量 | unfair_lock | NSLock | synchronized 进行PK, 看看到底那个的效率更高.

最终结果, 按照升序排列后, 可以看到原子性的效率最高, 然后是unfair_lock, 而 synchronized 果然是效率最低, 处于鄙视链的底端.

还是用图更直观的感受,

单独来看, atomic的加锁效率是很高的啊, 为什么苹果不推荐使用atomic了? 个人总结为以下2点 ,更详细的原因和原理参考 : ios 原子属性nonatomic/atomic

系统用一个全局生效的字典保存属性值与atomic锁的对应关系, 系统最多提供8个atomic锁给atomic加锁解锁, 当一个项目中有几万个属性都是原子性的时候, 几万映射到8个锁上, 很多属性都会对应到同一把锁上, 那么这个属性就得等其他毫不相关的属性完成读写, 自己才能进行操作, 而且set/get是一个特别高频的操作.
atomic只针对特定场景保证线程安全, 存在局限性. 只能保证set/get的线程安全, 对于更大范围的线程安全是无法保证的.
举一个很简单的例子，假设定义属性 NSInteger i 是原子的，对i进行 i = i + 1;
这个操作就是不安全的。因为原子性只能保证读写安全，而该表达式需要三步操作：
1.先进行get, 读取i的值存入寄存器；
2.将寄存器的值加1；
3.使用寄存器修改后的值给i赋值；
atomic只能保证1和3是线程安全的, 如果在第1步完成的时候，i被其他线程修改了，那么表达式执行的结果就会与预期的不一样，也就是不安全的。所以要解决这样的线程安全问题, 只能对整个表达式进行加锁, 单纯对i 设置atomic达不到预期的.

综上, atomic在大范围使用的情况下效率低下, 而且效果不太好, 存在局限性, 所以苹果把线程安全的责任交给了开发者, 由开发者来保证线程安全.

经常看到网上有对比加锁/解锁效率,这次我也借这个机会简单对比下, 加锁解锁1000W次, 数据如下

最后, 本次测试使用设备为iPhone 6S, 系统为iOS 14.0, 下面是测试的代码

#import "ViewController.h"
@import Darwin.os.lock;// 循环1000W次
static const NSInteger TestCount = 10000 * 1000;@interface ViewController ()
// 使用原子性的锁
@property (atomic, strong) NSObject *obj_atomic;
// 外界加锁
@property (nonatomic, strong) NSObject *obj_nonatomic;
@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {[super viewDidLoad];CFTimeInterval start = 0;CFTimeInterval end = 0;// 原子性加锁解锁100W次,耗时:0.23Sstart = CACurrentMediaTime();[self testAtomic];end = CACurrentMediaTime();NSLog(@"原子性加锁解锁%zd次,耗时:%.2lfS",TestCount,end-start);// 信号量加锁解锁100W次,耗时:0.54Sstart = CACurrentMediaTime();[self testSemaphore];end = CACurrentMediaTime();NSLog(@"信号量加锁解锁%zd次,耗时:%.2lfS",TestCount,end-start);// NSLock加锁解锁100W次,耗时:0.52Sstart = CACurrentMediaTime();[self testLock];end = CACurrentMediaTime();NSLog(@"NSLock加锁解锁%zd次,耗时:%.2lfS",TestCount,end-start);// UnfairLock加锁解锁100W次,耗时:0.30Sstart = CACurrentMediaTime();[self testUnfairLock];end = CACurrentMediaTime();NSLog(@"UnfairLock加锁解锁%zd次,耗时:%.2lfS",TestCount,end-start);// Synchronized加锁解锁100W次,耗时:0.70Sstart = CACurrentMediaTime();[self testSynchronized];end = CACurrentMediaTime();NSLog(@"Synchronized加锁解锁%zd次,耗时:%.2lfS",TestCount,end-start);
}- (void)testAtomic {for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {self.obj_atomic = [[NSObject alloc] init];}for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {[self.obj_atomic class];}
}- (void)testSemaphore {dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(1);for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);self.obj_nonatomic = [[NSObject alloc] init];dispatch_semaphore_signal(sem);}for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);[self.obj_nonatomic class];dispatch_semaphore_signal(sem);}
}- (void)testLock {NSLock *lock = [[NSLock alloc] init];for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {[lock lock];self.obj_nonatomic = [[NSObject alloc] init];[lock unlock];}for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {[lock lock];[self.obj_nonatomic class];[lock unlock];}
}- (void)testUnfairLock {os_unfair_lock_t unfair_lock = &(OS_UNFAIR_LOCK_INIT);for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {os_unfair_lock_lock(unfair_lock);self.obj_nonatomic = [[NSObject alloc] init];os_unfair_lock_unlock(unfair_lock);}for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {os_unfair_lock_lock(unfair_lock);[self.obj_nonatomic class];os_unfair_lock_unlock(unfair_lock);}
}- (void)testSynchronized {for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {@synchronized (self) {self.obj_nonatomic = [[NSObject alloc] init];}}for (NSInteger i = 0; i < TestCount; i++) {@synchronized (self) {[self.obj_nonatomic class];}}
}@end

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