27.1. 理解内存访问冲突

内存的访问,会发生在你给变量赋值,或者传递参数给函数时。例如,下面的代码就包含了读和写的访问:

// 向 one 所在的内存区域发起一次写操作
var one = 1
// 向 one 所在的内存区域发起一次读操作
print("We're number \(one)!")

内存访问的冲突会发生在你的代码尝试同时访问同一个存储地址的时侯。同一个存储地址的多个访问同时发生会造成不可预计或不一致的行为。在 Swift 里,有很多修改值的行为都会持续好几行代码,在修改值的过程中进行访问是有可能发生的。

你可以思考一下预算表更新的过程,会看到同样的问题。更新预算表总共有两步:首先你把预算项的名字和费用加上,然后再更新总数来反映预算表的现况。在更新之前和之后,你都可以从预算表里读取任何信息并获得正确的答案,就像下面展示的那样。

而当你添加预算项进入表里的时候,它只是在一个临时的,错误的状态,因为总数还没有被更新。在添加数据的过程中读取总数就会读取到错误的信息。

这个例子也演示了你在修复内存访问冲突时会遇到的问题:有时修复的方式会有很多种,但哪一种是正确的就不总是那么明显了。在这个例子里,根据你是否需要更新后的总数,\(5 和 \)320 都可能是正确的值。在你修复访问冲突之前,你需要决定它的倾向。

注意

如果你写过并发和多线程的代码,内存访问冲突也许是同样的问题。然而,这里访问冲突的讨论是在单线程的情境下讨论的,并没有使用并发或者多线程。

如果你曾经在单线程代码里有访问冲突,Swift 可以保证你在编译或者运行时会得到错误。对于多线程的代码,可以使用 Thread Sanitizer 去帮助检测多线程的冲突。

内存访问性质

内存访问冲突时,要考虑内存访问上下文中的这三个性质:访问是读还是写,访问的时长,以及被访问的存储地址。特别是,冲突会发生在当你有两个访问符合下列的情况:

  • 至少有一个是写访问
  • 它们访问的是同一个存储地址
  • 它们的访问在时间线上部分重叠

读和写访问的区别很明显:一个写访问会改变存储地址,而读操作不会。存储地址是指向正在访问的东西(例如一个变量,常量或者属性)的位置的值 。内存访问的时长要么是瞬时的,要么是长期的。

如果一个访问不可能在其访问期间被其它代码访问,那么就是一个瞬时访问。正常来说,两个瞬时访问是不可能同时发生的。大多数内存访问都是瞬时的。例如,下面列举的所有读和写访问都是瞬时的:

func oneMore(than number: Int) -> Int {
    return number + 1
}
var myNumber = 1
myNumber = oneMore(than: myNumber)
print(myNumber)
// 打印“2”

然而,有几种被称为长期访问的内存访问方式,会在别的代码执行时持续进行。瞬时访问和长期访问的区别在于别的代码有没有可能在访问期间同时访问,也就是在时间线上的重叠。一个长期访问可以被别的长期访问或瞬时访问重叠。

重叠的访问主要出现在使用 in-out 参数的函数和方法或者结构体的 mutating 方法里。Swift 代码里典型的长期访问会在后面进行讨论。