iOS开发多线程下全局变量赋值崩溃原理详解

目录

• 问题 Demo
• 崩溃原因
• 崩溃路径
• 验证方式
• 其它测试

问题 Demo

在多线程下同时给全局变量赋值时会发生崩溃：

static NSObject *_instance;
- (void)foo {
    _instance = [[NSObject alloc] init];
}

崩溃原因

如下为源码的汇编代码：

Demo-iOS`-[ViewController foo]:
    0x104e4e088 <+0>:  stp    x29, x30, [sp, #-0x10]!
    0x104e4e08c <+4>:  mov    x29, sp
    # newValue = [[NSObject alloc] init]
    0x104e4e094 <+12>: ldr    x0, #0x7454               ; (void *)0x00000001db209e08: NSObject
    0x104e4e098 <+16>: bl     0x104e4e438               ; symbol stub for: objc_alloc_init
    # oldValue = _instance
    0x104e4e09c <+20>: adrp   x9, 7
    0x104e4e0a0 <+24>: ldr    x8, [x9, #0x788]
    # _instance = newValue
    0x104e4e0a4 <+28>: str    x0, [x9, #0x788]
    # objc_release(oldValue)
    0x104e4e0a8 <+32>: mov    x0, x8
    0x104e4e0ac <+36>: ldp    x29, x30, [sp], #0x10
    0x104e4e0b0 <+40>: b      0x104e4e480               ; symbol stub for: objc_release

对汇编代码进行反汇编，可以看出 ARC 下编译器添加了读取旧值 oldValue = _instance 和释放旧值 objc_release(oldValue) 的操作：

- (void)foo {
    NSObject *newValue = [[NSObject alloc] init];
    NSObject *oldValue = _instance; //读取旧值
    _instance = newValue;
    objc_release(oldValue); //释放旧值
}

给全局变量赋值时会读取旧值、释放旧值，旧值是从全局变量读取的，多个线程可以同时读到同一个值，如果一个 线程 在访问旧值时，旧值被其它线程销毁，就会发生崩溃。

即使在代码中添加了判空逻辑，也会有可能多个线程同时进入 if (!_instance) 里，发生错误：

static NSObject *_instance;
- (void)foo {
    if (!_instance) {
        _instance = [[NSObject alloc] init];
    }
}

即使不崩溃，多个线程也会产生不同的实例，是不符合预期的

崩溃路径

可以推断出一种复现崩溃的办法：

• A B C 线程同时进入 - (NSObject *)foo 方法
• A 线程先创建 NSObject 实例，赋值给 _instance (_instance = newValue)，_instance 引用计数为 1
• B、C 线程再开始执行，执行到 oldValue = _instance 时，会从 _instance 全局变量中读到 A 线程创建的对象，赋值给各自的 oldValue，oldValue 引用计数为 1
• B 线程在 objc_release(oldValue) 后会释放 oldValue，oldValue 引用计数为 0，oldValue 被销毁
• C 线程在 objc_release(oldValue) 时访问 oldValue，发生崩溃

验证方式

lldb 的 thread continue 指令可以控制仅一个线程执行，其它线程保持挂起。

利用该指令，可以复现崩溃路径，按下面步骤可以验证：

• 准备三个线程执行 [self foo]，并在 -foo 方法里面打上断点：

可以多次测试让 3 个 线程 同时进入断点，进入断点后可以看到 Thread 2、3、4 是创建的 3 个线程：

不加 asm("nop\n") 的话执行完 objc_release(oldValue) 后，foo 函数会直接结束，不太方便在 objc_release(oldValue) 之后打断点进行调试，添加之后 objc_release 之后会有位置打断点（第 4 5 步用到）

• 在 Thread 2 中给汇编代码第 10 行打断点，并执行 thread contine，使 Thread 2 执行完 _instance = newValue ：

可以看到 Thread 2 创建的实例为 0x0000000280df8020

• 使 Thread 3、4 线程 执行完 oldValue = _instance

步骤1：删除断点（每次切换线程都要删掉断点，不然 Xcode 可能会有 bug ...），切换到 Thread 3 ，给第 9 行打断点，并执行 thread continue:

在 Xcode Debug Navitor 中选择线程堆栈可以切换线程

或者使用 lldb，thread select 3 切换线程

步骤2：删除断点，切换到 Thread 4，给第 9 行打断点，并执行 thread continue:

可以发现 Thread 3、4 读到的旧值都是 Thread 2 创建的 0x0000000280df8020

• 使Thread 3 执行完 objc_release(oldValue)

步骤：删除断点，切换到 Thread 3，给第 12 行打断点，并执行 thread continue:

此时 oldValue 引用计数为 0，被销毁

• 使 Thread 4 执行 objc_release(oldValue), 访问 oldValue

步骤：删除断点，切换到 Thread 4，给第 12 行打断点，并执行 thread continue:

在 Thread 3 执行 objc_release(oldValue) 后 oldValue 就已经被销毁了，

Thread 4 再次访问时会发生崩溃

其它测试

• 对成员变量赋值时同样有这个问题

 @property (nonatomic, strong) NSObject *obj;
- (NSObject *)getInstance {
    _obj = [[NSObject alloc] init];
    return _obj;
}

• 局部变量不会有这个问题

局部变量不涉及"将旧值释放"这个操作。

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