“理解”iOS内存管理

时间  2019-11-17
标签 理解 ios 内存 管理 栏目 iOS 繁體版
原文   原文链接

引言：
咱们都知道Objective-C经过“引用计数”来管理对象释放。基本原理就是管理对象的持有者个数（引用计数），引用计数为0时释放对象。如今有ARC（自动引用计数），则无需咱们本身显式持有（retain）和释放（release）对象，ARC经过对对像加上全部权修饰符（__strong等），编译器经过对象的全部权修饰符将会自动键入引用计数管理（根据全部权修饰符自动键入retain、release、autorelease）javascript

本文主要叙述引用计数的实现原理，ARC和MRC在使用上的区别，以及编译器在ARC中为咱们作了什么。java

Objective-C对象的MRC

  • retain
  • release
  • autorelease

autorelease的实现

使用栈（后进先出）来管理NSAutoreleasePool对象，所以能够随时拿到最近（hotPage）的NSAutoreleasePool，调用对象的autorelease方法，会在hotPage中的内部数组将对象加入进去。当NSAutoreleasePool出栈时，调用内部数组中元素的release方法便可。objective-c

retain/release的实现

引用计数表：使用散列表实现引用计数表，key为对象的地址的散列值，value为引用计数和内存块地址。
retain：经过对象的地址在引用计数表中找到引用计数，若是retainCount超过最大值，则抛异常，不然retainCount加1。
release：经过对象的地址在引用计数表中找到引用计数，若是retainCount值为0，则抛异常。不然retainCount减1，若是retainCount减1后为0，则从引用计数表冲移除，并调用对象的dealloc方法。express

Objective-C对象的ARC

Objective-C对象的ARC是经过全部权修饰符来管理对象的持有和释放。全部权修饰符一共有4种：数组

  • __strong 修饰符，默认的修饰符
  • __weak 修饰符
  • __unsafe_unretained 修饰符
  • __autoreleasing 修饰符

__strong修饰符的实现

取得本身生成而且持有对象：
使用ARC：安全

{
id obj1 = [NSObject new];
//至关于
//id __strong obj1 = [NSObject new];
}复制代码

不使用ARC：框架

{
id obj1 = [NSObject new];
//在变量做用域结束时插入release
[obj1 release];
}复制代码

取得非本身生成并持有对象：
使用ARC：函数

- (void)create {
    test = [self object];
    NSLog(@"ARC------------------ARC");
    NSLog(@"after create count = %ld", _objc_rootRetainCount(test));
}

- (id)object {
    id obj = [[MyObject alloc] init];
    return obj;
}

- (void)printRetainCount {
    NSLog(@"ARC------------------ARC");
    NSLog(@"retain count = %ld", _objc_rootRetainCount(test));
}复制代码

不使用ARC：优化

- (void)create {
    if (test) {
        NSLog(@"MRC------------------MRC");
        NSLog(@"release");
        [test release];
    }
    test = [self object];
    [test retain];
    NSLog(@"MRC------------------MRC");
    NSLog(@"after create count = %ld", [test retainCount]);
}

- (id)object {
    id obj = [[MyObject alloc] init];
    [obj autorelease];
    return obj;
}

- (void)printRetainCount {
    NSLog(@"MRC------------------MRC");
    NSLog(@"retain count = %ld", [test retainCount]);
}复制代码

打印结果：spa

**2016-12-13 15:35:47.545 ARCLearn[53676:16388070] ARC------------------ARC**
**2016-12-13 15:35:47.545 ARCLearn[53676:16388070] after create count = 1**
**2016-12-13 15:35:47.546 ARCLearn[53676:16388070] MRC------------------MRC**
**2016-12-13 15:35:47.546 ARCLearn[53676:16388070] after create count = 2**
**2016-12-13 15:35:49.602 ARCLearn[53676:16388070] ARC------------------ARC**
**2016-12-13 15:35:49.602 ARCLearn[53676:16388070] retain count = 1**
**2016-12-13 15:35:49.603 ARCLearn[53676:16388070] MRC------------------MRC**
**2016-12-13 15:35:49.603 ARCLearn[53676:16388070] retain count = 1**
**2016-12-13 15:35:51.212 ARCLearn[53676:16388070] myobject dealloc**
**2016-12-13 15:35:51.213 ARCLearn[53676:16388070] ARC------------------ARC**
**2016-12-13 15:35:51.214 ARCLearn[53676:16388070] after create count = 1**
**2016-12-13 15:35:51.214 ARCLearn[53676:16388070] MRC------------------MRC**
**2016-12-13 15:35:51.214 ARCLearn[53676:16388070] release**
**2016-12-13 15:35:51.215 ARCLearn[53676:16388070] myobject dealloc**
**2016-12-13 15:35:51.215 ARCLearn[53676:16388070] MRC------------------MRC**
**2016-12-13 15:35:51.215 ARCLearn[53676:16388070] after create count = 2**
**2016-12-13 15:36:03.540 ARCLearn[53676:16388070] ARC------------------ARC**
**2016-12-13 15:36:03.542 ARCLearn[53676:16388070] retain count = 1**
**2016-12-13 15:36:03.542 ARCLearn[53676:16388070] MRC------------------MRC**
**2016-12-13 15:36:03.543 ARCLearn[53676:16388070] retain count = 1**复制代码

能够看到使用ARC的对象持有，在返回对象时，并无把对象注册到autoreleasepool中，下面为ARC的autoreleasepool打印：

**objc[54013]: ##############**
**objc[54013]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x10c6ba3c0**
**objc[54013]: 13 releases pending.**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811000]  ................  PAGE  (hot) (cold)**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811038]  ################  POOL 0x7fa3c9811038**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811040]    0x60800002e3c0  __NSCFString**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811048]  ################  POOL 0x7fa3c9811048**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811050]    0x7fa3ca800850  UIScreen**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811058]    0x7fa3ca800850  UIScreen**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811060]    0x6000002712c0  __NSCFDictionary**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811068]    0x7fa3c8600bf0  UIWindow**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811070]    0x60000008e6f0  __NSMallocBlock__**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811078]    0x6000000567d0  __NSSetM**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811080]    0x600000052de0  __NSSetM**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811088]    0x600000053b30  __NSSetM**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811090]    0x600000271640  __NSCFString**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811098]    0x600000271640  __NSCFString**
**objc[54013]: ##############**复制代码

下面为MRC的autoreleasepool打印：

**objc[54013]: ##############**
**objc[54013]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x10c6ba3c0**
**objc[54013]: 14 releases pending.**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811000]  ................  PAGE  (hot) (cold)**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811038]  ################  POOL 0x7fa3c9811038**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811040]    0x60800002e3c0  __NSCFString**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811048]  ################  POOL 0x7fa3c9811048**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811050]    0x7fa3ca800850  UIScreen**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811058]    0x7fa3ca800850  UIScreen**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811060]    0x6000002712c0  __NSCFDictionary**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811068]    0x7fa3c8600bf0  UIWindow**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811070]    0x60000008e6f0  __NSMallocBlock__**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811078]    0x6000000567d0  __NSSetM**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811080]    0x600000052de0  __NSSetM**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811088]    0x600000053b30  __NSSetM**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811090]    0x600000271640  __NSCFString**
**objc[54013]: [0x7fa3c9811098]    0x600000271640  __NSCFString**
**objc[54013]: [0x7fa3c98110a0]    0x608000017200  MyObject**
**objc[54013]: ##############**复制代码

在autoreleasepool里有MyObject对象。
为何ARC没有把对象放到autoreleasepool里了？它是怎样持有非本身生成的对象的？
代码：

{
    id __strong obj = [NSMutableArray array];
}复制代码

转换为编译器模拟代码：

{
    id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(array));
    objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
    objc_release(obj);
}复制代码

objc_retainAutoreleasedReturnValue函数，顾名思义：让obj持有(retain)池中(autoreleased)返回的值(retuenValue);
代码：

+ (id)array {
    return [[NSMutableArray alloc] init];
}复制代码

转换为编译器模拟代码：

+ (id)array {
    id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(alloc));
    objc_msgSend(obj, @selector(init));
    return objc_autoreleaseReturnValue(obj);
}复制代码

objc_autoreleaseReturnValue函数，顾名思义：把obj注册在池中（调用obj的autorelease方法），并返回。
所以按照上面的理解objc_autoreleaseReturnValue将返回对象注册到池子中，objc_retainAutoreleasedReturnValue`持有池中的对象。

可是事实不是那么简单：
可是objc_autoreleaseReturnValue远远不是autorelease那么简单。objc_autoreleaseReturnValue函数会检查使用该函数的方法或函数调用方的执行命令列表，若是方法或函数的调用方在调用了方法或函数后紧接着调用了objc_retainAutoreleasedReturnValue，那就不会将返回的对象注册到autoreleasepool中，而是直接传递到方法或函数的调用方。
所以objc_retainAutoreleasedReturnValue也不是retain那么简单，即便放回对象不注册到autoreleasepool中，也能正确的获取对象。
经过objc_autoreleaseReturnValue和objc_retainAutoreleasedReturnValue协做，能够不将对象注册到autoreleasepool中而直接传递，这一过程达到了最优化。

__weak修饰符的实现

如今咱们添加一个weakTest变量，使用weak全部权修饰符
在ARC中实现：

@interface ARC() {
    id test;
    id __weak weakTest;
}

@end

@implementation ARC

- (void)create {
    test = [self object];
    weakTest = test;
    _objc_autoreleasePoolPrint();
    NSLog(@"ARC------------------ARC");
    NSLog(@"after create count = %ld", _objc_rootRetainCount(test));
}

- (id)object {
    id obj = [[MyObject alloc] init];
    return obj;
}

- (void)printRetainCount {
    NSLog(@"ARC------------------ARC");
    NSLog(@"retain count = %ld", _objc_rootRetainCount(test));
}

@end复制代码

打印结果：

**2016-12-13 16:24:30.934 ARCLearn[55038:16489628] ARC------------------ARC**
**2016-12-13 16:24:30.935 ARCLearn[55038:16489628] after create count = 1**复制代码

由此能够看出__weak并无增长引用个数。
添加empty函数，使test为nil：

- (void)empty {
    if (weakTest) {
        NSLog(@"weak is %p", weakTest);
    }
    test = nil;
    if (!weakTest) {
        NSLog(@"weak change to nil");
    }
}复制代码

打印结果：

**2016-12-13 16:33:06.301 ARCLearn[55349:16509066] weak is 0x608000011530**
**2016-12-13 16:33:06.301 ARCLearn[55349:16509066] myobject dealloc**
**2016-12-13 16:33:06.302 ARCLearn[55349:16509066] weak change to nil**复制代码

由此能够看出若附有__weak修饰符的变量所引用的对象被废弃，则将nil赋值给该变量。
是如何实现将nil值赋值给引用为0的__weak对象？

{
    id __weak obj1 = obj;
}复制代码

转换为编译器模拟代码：

{
    id obj1;
    objc_initWeak(&obj1, obj);
    objc_destroyWeak(obj1);
}复制代码

其中objc_initWeak(&obj1,obj)的实现：

obj1 = 0;
objc_storyWeak(&obj1, obj);复制代码

objc_destroyWeak的实现：

objc_storyWeak(&obj1, 0);复制代码

因此合在一块儿是：

{
    id obj1;
    obj1 = 0;
    objc_storyWeak(&obj1, obj);
    objc_storyWeak(&obj1, 0);
}复制代码

其中objc_storyWeak就是针对weak表（散列表）操做：

  • 注册到表中：objc_storeWeak函数把第二个参数的地址（散列值）做为键，将第一个参数的地址加入链表中（键值为一个链表，因为一个对象可同时赋值给多个附有__weak修饰符的变量），完成weak表的注册。
  • 从表中移除：若是第二个参数为0，则把第二个参数的地址的键从weak表中删除，而且将键值置为nil（将链表中的值都置为nil）。
  • 从表中查询：使用weak表，将废弃对象的地址做为键进行检索，就能告诉的获取对应的附有__weak修饰符的变量的地址。

废弃引用为0的对象的流程：

  • objc_release
  • 由于引用计数为0因此执行dealloc
  • 从weak表中获取废弃对象的地址为键的记录
  • 将包含在记录中全部附有__weak修饰符变量的地址，赋值为nil
  • 从weak表中删除该记录
  • 从引用计数表中删除废弃对象的地址为键的记录

__autoreleasing修饰符的实现

将对象赋值给附有__autoreleasing修饰符的变量等同于ARC无效时调用对象的autorelease方法。
ARC有效：

@autoreleasepool {
    id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];

    id __strong obj1 = [[NSObject alloc] init];
    id __autoreleasing obj2 = obj1;

    id __strong obj3 = [NSMutableArray array];
    id __autoreleasing obj4 = obj3;
}复制代码

ARC无效：

@autoreleasepool {
    id obj = [[NSObject alloc] init];
    [obj autorelease];

    id obj1 = [[NSObject alloc] init];
    id obj2 = obj1;
    [obj2 retain];
    [obj2 autorelease];

    id obj3 = [NSMutableArray array];
    [obj3 retain];
    id obj4 = obj3;
    [obj4 retain];
    [obj4 autorelease];
    [obj3 release];
}复制代码

注意：显式的附加autoreleasing修饰符同显式地添加strong修饰符同样罕见。咱们常常非显式的使用__autoreleasing修饰符。

隐式使用__autoreleasing：

  • 编译器检查方法名是否以alloc/new/copy/mutableCopy开始，若是不是则自动将返回值的对象注册到autoreleasepool（objc_retainAutoreleasedReturnValue和objc_autoreleaseReturnValue成对出现时就不会注册到autoreleasepool）。
  • id的指针或对象的指针在没有显式指定时会被附加上__autoreleasing修饰符。

如：

NSError *error = nil;
BOOL result = [obj performOperationWithError: &error];复制代码

performOperationWithError声明为：

- (BOOL)performOperationWithError:(NSError **)error;复制代码

自动添加__autoreleasing的代码：

- (BOOL)performOperationWithError:(NSError * __autoreleasing *)error {
    /* 错误发生 */
    *error = [[NSError alloc] initwithDomain:MyAppDomain code:errorCode userInfo:nil];
    return NO;
}复制代码

非ARC的实现：

- (BOOL)performOperationWithError:(NSError **)error {
    /* 错误发生 */
    *error = [[NSError alloc] initwithDomain:MyAppDomain code:errorCode userInfo:nil];
    [*error autorelease];
    return NO;
}复制代码

由于声明为NSError __autoreleasing 类型的error做为*error被赋值，因此可以返回注册到autoreleasepool中的对象。

注意：赋值给对象指针时，全部权修饰符必须一致。
编译器会自动加上全部权修饰符：

NSError * __strong error = nil;
NSError * __autoreleasing *pError = &error;复制代码

全部权修饰符不一致会产生编译错误：
Initializing 'NSError *__autoreleasing *' with an expression of type 'NSError *__strong *' changes retain/release properties of pointer

__unsafe_unretained 修饰符

unsafe_unretained修饰符正如其名unsafe所示，是不安全的全部权修饰符。尽管ARC式的内存管理是编译器的工做，但附有unsafe_unretained修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象。
ARC实现：

id obj = [[NSObject alloc] init];
id __unsafe_unretained obj1 = obj;复制代码

非ARC实现：

id obj = [[NSObject alloc] init];
id obj1 = obj;复制代码

因此就是...编译器啥都不作。这样当对象的引用计数为0，被废弃后，obj1就是不安全的了（悬垂指针），由于不会被置为nil。

注意：使用时确保对象确实存在。

何时使用__unsafe_unretained?

  • 在iOS4的应用程序中，必须使用unsafe_unretained修饰的变量，来替代weak修饰符。
  • 不支持__weak修饰符的类，例如NSMachPork类，由于这些类重写了retain/release并实现该类独自的引用计数机制。
  • allowsWeakReference/retainWeakReference实例方法（没有写入NSObject接口说明文档中）返回NO的状况。

Core Foundation对象的ARC

Core Foundation对象主要使用在用C语言编写的Core Foundation框架中，并使用引用计数的对象。

  • 在ARC无效时，Core Foundation框架中的retain/release分别是CFRetain/CFRelease。
  • Foundation框架的API生成并持有的对象能够用Core Foundation框架的API释放。固然，反过来也是能够的。
  • 由于Core Foundation对象与Objective-C对象没有区别，因此ARC无效时，只用简单的C语言的转换也能实现互换。由于这种转换不须要使用额外的CPU资源，所以也被称为“免费桥”（Toll-free Bridge）。

ARC无效时：

id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p = obj; //void *至关与oc的id

id o = p;
[o release];复制代码

ARC有效时，会引发编译错误，要使用“__bridge”转换。
ARC有效时的代码：

id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p  = (__bridge void*)obj;

id o = (__bridge id)p;
[o release];复制代码

注意：bridge的安全性与赋值给unsafe_unretained修饰符相近，甚至会更低，若是管理时不注意赋值对象的全部者，就会因悬垂指针而致使程序崩溃。

__bridge转换中还有另两中转换，分别为：

  • bridge_retained转换，至关于赋值给strong变量。
    ARC有效：
    id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p = (__bridge_retained void*)obj;复制代码
    ARC无效：
    id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p = obj;
[(id)p retain];复制代码
  • bridge_transfer转换，至关于赋值给strong变量后，该变量随之释放。
    ARC有效
    void *p = 0;
id obj = (__bridge_transfer id)p;复制代码
    ARC无效
    void *p = 0;
id obj = (id)p;
[obj retain];
[(id)p release];复制代码

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