Objective-C上局部静态变量的线程安全答案

【问题标题】：Thread safety of local static variable on Objective-CObjective-C上局部静态变量的线程安全
【发布时间】：2014-09-08 21:01:35
【问题描述】：

因为下面的代码是 Objective-C 上非常常见的模式，用于创建实例并确保它是线程安全的。然而，这个线程安全基于一个重要条件，即编译器保证本地静态变量是线程安全的，这意味着静态_sharedCache 指针将保证以线程安全的方式创建，但是我不能找出有关此的任何文档。有谁能给我更自信的证据吗？（由于这里的人们一直关注我一开始使用的可变集，所以我只是将其更改为 NSCache，这真的不是重点。我在这里谈论的是关于创建本地静态指针的线程安全（不是这个指针指向的实例））

+ (NSCache*)sharedCache {
  static NSCache* _sharedCache = nil;
  static dispatch_once_t onceToken;
  dispatch_once(&onceToken, ^{
    _sharedCache = [[NSCache alloc] init];
  });
  return _sharedCache;
}

万一我没有把竞态条件描述清楚，考虑两个线程同时调用这个API，同时检查这个静态_sharedCache指针是否存在，如果不存在，它们会自己创建一个新的静态指针。那么这里可能是 NSMutableSet 的两个静态指针，即使 dispatch_once 保证实例初始化只发生一次，也就是只针对这两个静态指针之一，然后在 dispatch_once 块之后，第一个调用者得到一个满意的结果，但是第二个调用者只得到一个 nil 指针；

考虑这种情况，A和B是两个线程，同时进入这段代码，A查看这里的静态指针“_sharedSet”，发现这里没有这个指针，（指针是unsigned long的实例），所以创建一个并将0分配给它，现在这个指针存储在内存地址（0xAAAAAAAA）中，同时B做了同样的行为，在堆中创建一个静态指针但内存地址（0xBBBBBBBB），然后dispatch_once阻塞两个线程直到它完成，所以它为创建的 NSSet 实例分配了一个新的指针值，并将该值分配给地址 0xAAAAAAAA，但是地址 0xBBBBBBBB 上的值仍然为 0，因为没有人更新它，所以线程 B 只返回一个 nil。所以基本上我的问题不是怀疑 dispatch_once，而是关于创建局部静态变量的线程安全性，这是 C++ 上的一个有效问题，直到 C11 解决它。我只是想知道 Clang 是否也注意到了这个问题。

而且这个问题真的不是dispatch_once，是局部静态变量，是具体的非对象变量，就像这里提到的指针，或者换个方式问，如果下面的代码在竞争线程中调用，是否保证这个 "_intBuffer" 在堆中只有一个实例？

    +(int)sharedIntBuffer {
        static int _intBuffer = 0;
        return _intBuffer;
    }

【问题讨论】：

NSMutableSet 不是线程安全的。所以，不，上面的代码不是线程安全的，但不是出于您担心的原因。请参阅下面@Caleb 的回答。
非常感谢您的重播，但这不是我的意思，在开头列出不正确的演示是我的错。我刚刚更新了我的问题以避免进一步的误解

标签： objective-c multithreading race-condition static-variables

【解决方案1】：

您的代码更大的潜在问题是您共享一个可变集。正如 gnasher 解释的那样，由于该答案中解释的原因，您显示的使用 dispatch_once() 分配集合的代码很好。但是一旦完成，您可能会跨线程共享一个可变集。除非您采取措施将 access 同步到该集合，否则您很容易遇到两个或多个线程同时更改该集合的问题。防止此类问题的最简单、最可靠的方法是将集合封装在一个类中，以确保以线程安全的方式访问集合，例如使用串行调度队列。

【讨论】：

是的，这是一个已知问题，但不是重点，这里只是为了演示。

【解决方案2】：

这就是 dispatch_once 的全部意义所在。 dispatch_once 代码百分百保证准确执行once，这就是它被称为 dispatch_once 的原因。并且百分百保证第二次及以后的调用将等到第一次调用完成，并且所有内存写入都已完成。

【讨论】：

考虑这种情况，A和B是两个线程，同时进入这段代码，A查看这里的静态指针“_sharedSet”，发现这里没有这个指针，（指针是unsigned long的一个实例），所以它创建一个并分配0给它，现在这个指针存储在内存地址（0xAAAAAAAA）中，同时B做了同样的行为，在堆中创建一个静态指针但内存地址（0xBBBBBBBB），然后dispatch_once阻塞了两个线程直到完成，所以它为创建的 NSSet 实例分配了一个新的指针值，并将该值分配给地址 0xAAAAAAAA，
但是地址 0xBBBBBBBB 上的值仍然为 0，因为没有人更新它，所以线程 B 只返回一个 nil。所以基本上我的问题不是怀疑 dispatch_once，而是关于创建局部静态变量的线程安全性，这是 C++ 上的一个有效问题，直到 C11 解决它。我只是想知道 Clang 是否也注意到了这个问题，

【解决方案3】：

和一个懂编译器的人聊过之后，我才明白，和全局静态变量一样，局部静态变量也是在main()开始之前初始化的。只有它不能被访问，因为没有参考来表明它。所以回到这个问题上。即使两个线程同时进入这些+(NSCahce*)sharedCache，也会只有一个静态_sharedCache 指针的实例。这意味着比赛条件在这里无效。

【讨论】：