iOS-内存管理(一)-布局&方案

内存布局

• 栈区：由编译器分配和释放，是一种从高地址向低地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域，先进后出(FILO)。主要用于存储函数、方法、指针、临时变量，简单类型的变量。优势是效率高。
• 堆区：在运行时由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时可能由系统回收。堆是一种从低地址向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域，以链表的方式进行存储。经过alloc生成的对象，或者block拷贝的对象等。相比栈区效率较低。
• .bbs区：静态区域，系统分配和释放，用来存储未初始化的全局变量、静态变量。
• .data区：系统分配和释放，用来存储初始化的全局变量、静态变量。
• .text区：系统分配和释放，程序加载到内存中存储的区域。

- (void)test {
    // 存放放在栈区
    int a = 10
    
    // &obj存放在栈区
    // obj存放在堆区
    NSObject *obj = [NSObject alloc]；
}
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栈效率比堆高的缘由以下：

1. 有寄存器直接对栈进行访问，而对堆访问，只能是间接寻址。
2. 栈中数据cpu命中率更高，知足局部性原理。
3. 栈是编译时系统自动分配空间，而堆是动态分配（运行时分配空间），因此栈的速度快。
4. 栈是先进后出的队列结构，比堆结构相对简单，分配速度大于堆。

局部变量

在函数内部声明，做用域只在当前{}以内。 存储位置：自动保存在函数的每次执行的【栈帧】中，并随着函数结束后自动释放。

全局变量

全局变量是一种在函数外声明、能够跨文件访问的变量。它能够在声明时赋值，也能够在使用的时候赋值，若是在声明是没有赋值，系统会默认分配为空值。声明方式以下：

NSString *global;
NSString *global = @"AAA";
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全局变量保存在内存的全局存储区中，占用静态的存储单元；局部变量保存在栈中，只有在所在函数被调用时才动态地为变量分配存储单元。

咱们能够在block内部直接访问全局变量，而不须要借助其余修饰词。

使用全局变量不能在.h中定义，别的文件导入当前文件的时候会报错，duplicate symbols for architecture x86_64。由于在编译阶段，头文件的信息都会copy到文件中，这样的话会出现全部引入的头文件的都会有这么一个全局变量，因此会出现重名的状况。解决这种问题，咱们能够将其定义在.m文件中，而后在须要使用的地方使用extern关键字获取。

static

• 当static关键字修饰局部变量时，只会初始化一次，在内存中只有一块地址。

- (void)staticLocalTest {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        static int num = 0;
        num += 1;
        NSLog(@"==static num==%d==", num);
    }
}
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能够看出，被static修饰的变量，延长了生命周期，本该在for循环中每一次循环就销毁，实际上只会初始化一次，在for循环结束以后才销毁。

• 当static关键字修饰全局变量时，若是是在.m文件中，做用域仅限于当前文件，外部类是不能够访问到该全局变量的；若是是在.h文件中，能够被任意引入当前文件做为头文件的文件所使用。

静态全局变量

static 类型 变量名；
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静态全局变量在每一个文件中都会单独拷贝一份地址，互不影响。好比我在文件A中定义了一份静态全局变量，分别在A、B、C三个文件中使用，他们的赋值是互不影响的。而全局变量是只有一份地址，这是它们的不一样点。

内存管理方案

iOS系统根据使用场景的不一样，提供了3种方案：

• TaggedPointer：对于一些小对象，如NSNumber、NSDate等采用此种方案
• NONPOINTER_ISA：64位架构下iOS应用程序
• 散列表：散列表为复杂的数据结构，包含了引用计数表和弱引用表

1. TaggedPointer

TaggedPointer是苹果从64bit开始使用的一项内存管理技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储。在没有使用TaggedPointer以前，这些小对象须要动态分配内存、维护引用计数等。使用了Tagged Pointer，指针的值再也不是地址了，而是真正的值。实际上它再也不是一个对象了，而是一个普通变量而已。因此，它的内存并不存储在堆中，不须要malloc申请、或者是释放。当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据。

如：没有使用TaggedPointer的时候，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值。使用TaggedPointer以后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中。

经过下面例子咱们来看一下系统对TaggedPointer的特殊处理：

- (void)taggedpointerTest {
    self.queue = dispatch_queue_create("com.cooci.cn", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    for (int i = 0; i<10000; i++) {
        dispatch_async(self.queue, ^{
            self.nameStr = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
             NSLog(@"%@",self.nameStr);
        });
    }
    
    for (int i = 0; i<10000; i++) {
        dispatch_async(self.queue, ^{
            self.nameStr = [NSString stringWithFormat:@"carshcarshcarshcarshcarshcarshcarshcarshcarshcarsh"];
            NSLog(@"%@",self.nameStr);
        });
    }
}
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运行程序，第二个for循环会崩溃，提示objc_release异常。崩溃的缘由是能够看到是由于多线程访问setter/getter，那么为何第一个for循环没有崩溃呢？从代码看两个for循环的区别就是第一个nameStr赋值短，第二个长一些。打断点，在控制台查看信息，能够看到第一个循环中的nameStr是NSTaggedPointerString *，而第二个是NSCFString *。查看retain/release的源码，能够看到：

id objc_retain(id obj)
{
    if (!obj) return obj;
    if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
    return obj->retain();
}

id objc_release(id obj)
{
    if (!obj) return;
    if (obj->isTaggedPointer()) return;
    return obj->release();
}
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刚才咱们说了，TaggedPointer的存储是类型+数据，那么咱们来具体看一下，它的存储策略：

• 指针地址首位肯定类型，用来区分NSNumber、NSDate、NSString。如，0xb表明NSNumber。
• 若是是字符串，最后一位存储字符串长度
• 其他位利用ASCII码编码值来存储字符

2. NONPOINTER_ISA

NONPOINTER_ISA是MACOSX_VERSION_10_11以后出来的对isa内存的优化。在isa中添加了更多的信息。

uintptr_t nonpointer        : 1;                                    
uintptr_t has_assoc         : 1;                                    
uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                    
uintptr_t shiftcls          : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
uintptr_t magic             : 6;                                    
uintptr_t weakly_referenced : 1;                                    
uintptr_t deallocating      : 1;                                    
uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                    
uintptr_t extra_rc          : 19
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• nonpointer：表示是否对isa指针开启指针优化。0表示纯isa指针，11表示不止是类对象地址，isa中包含了类信息、对象的引用计数等。
• has_assoc：关联对象标志位，0没有，1存在。
• has_cxx_dtor：该对象是否有c++或者objc的析构器，若是有析构函数，则须要作析构逻辑，若是没有，则能够更快的释放对象。
• shiftcls：存储类指针的值。开启指针优化的状况下，在arm64架构中有33位用来存储类指针。
• magic：用于调试器判断当前对象是真的对象仍是没有初始化的空间。
• weakly_referenced：志对象是否被指向或者曾经指向一个ARC的弱变量，没有弱引用的对象能够更快释放。
• deallocating：标志对象是否正在释放内存。
• has_sidetable_rc：当对象引用技术大于10时，则须要借用该变量存储进位。
• extra_rc：当表示该对象的引用计数值，其实是引用计数值减1， 例如，若是对象的引用计数为10，那么extra_rc为9。若是引用计数大于10，则须要使用到has_sidetable_rc。

3. 散列表

散列表是一张哈希结构的表，其包含了自旋锁、引用计数表、弱引用表。其中的引用计数表，就是来对内存管理作处理的。