iOS - 老生常谈内存管理（四）：内存管理方法源码分析
走进苹果源码分析内存管理方法的实现
前面咱们只是讲解了内存管理方法的使用以及使用注意，那么这些方法的内部实现究竟是怎样的？引用计数具体又是怎样管理的呢？接下来咱们走进Runtime最新源码objc4-779.1（写该文章时的最新），分析alloc、retainCount、retain、release、dealloc等方法的实现。c++
源码下载地址：opensource.apple.com/tarballs/ob…程序员
alloc
alloc方法的函数调用栈为：算法
// NSObject.mm
① objc_alloc
② callAlloc
// objc-runtime-new.mm
③ _objc_rootAllocWithZone
④ _class_createInstanceFromZone
⑤ calloc、
// objc-object.h
initInstanceIsa->initIsa
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① objc_alloc
// Calls [cls alloc].
id
objc_alloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
}
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② callAlloc
// Call [cls alloc] or [cls allocWithZone:nil], with appropriate
// shortcutting optimizations.
// 调用 [cls alloc] or [cls allocWithZone:nil] 会来到这个函数，使用适当的快捷方式优化
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
// 若是是 __OBJC2__ 代码（判断当前语言是不是 Objective-C 2.0）
#if __OBJC2__
// 若是 (checkNil && !cls)，直接返回 nil
if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
// 若是 cls 没有实现自定义 allocWithZone 方法，调用 _objc_rootAllocWithZone
if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);
}
#endif
// No shortcuts available.
// 没有可用的快捷方式
// 若是 allocWithZone 为 true，给 cls 发送 allocWithZone:nil 消息
if (allocWithZone) {
return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);
}
// 不然发送 alloc 消息
return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));
}
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备注： slowpath & fastpath
这两个宏的定义以下：数组#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1)) #define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0)) 复制代码它们都使用了
__builtin_expect()：markdownlong __builtin_expect(long exp, long c); 复制代码
__builtin_expect()是 GCC (version >= 2.96）提供给程序员使用的，因为大部分程序员在分支预测方面作得很糟糕，因此 GCC 提供这个内建函数来帮助程序员处理分支预测，目的是将 “分支转移” 的信息提供给编译器，这样编译器能够对代码进行优化，以减小指令跳转带来的性能降低。它的意思是：exp == c的几率很大。fastpath(x)表示x为1的几率很大，slowpath(x)表示x为0的几率很大。它和if一块儿使用，if (fastpath(x))表示执行if语句的可能性大，if (slowpath(x))表示执行if语句的可能性小。app
callAlloc函数中主要执行如下步骤：less
- 判断类有没有实现自定义
allocWithZone方法，若是没有，就调用_objc_rootAllocWithZone函数（这属于快捷方式）。 - 若是不能使用快捷方式（即第 1 步条件不成立），根据
allocWithZone的值给cls类发送消息。因为allocWithZone传的false，则给cls发送alloc消息。
咱们先来看一下第二种状况，就是给cls发送alloc消息。ide
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
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// Base class implementation of +alloc. cls is not nil.
// Calls [cls allocWithZone:nil].
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
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小朋友，你是否有不少问号？它怎么又调用了callAlloc？但不一样的是，此次传参不同：函数
checkNil为false，checkNil做用是是否须要判空，因为第一次调用该函数时已经进行判空操做了，因此此次传false。allocWithZone为true，因此接下来会给对象发送allocWithZone:nil消息。
// Replaced by ObjectAlloc
+ (id)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
return _objc_rootAllocWithZone(self, (malloc_zone_t *)zone);
}
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能够看到，第一种（快捷方式）和第二种（非快捷方式）调用的都是_objc_rootAllocWithZone函数，且传参都是cls和nil。oop
备注： 在 ARC 下 NSZone 已被忽略。
在《iOS - 老生常谈内存管理（三）：ARC 面世 —— ARC 实施新规则》章节中已经提到，对于如今的运行时系统（编译器宏 __ OBJC2 __ 被设定的环境），不论是MRC仍是ARC下，区域（NSZone）都已单纯地被忽略。因此如今allocWithZone和alloc方法已经没有区别。
③ _objc_rootAllocWithZone
// objc-runtime-new.mm
NEVER_INLINE
id
_objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone __unused)
{
// allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
// allocWithZone 在 __OBJC2__ 下忽略 zone 参数
return _class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,
OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC);
}
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该函数中调用了_class_createInstanceFromZone函数，能够发现，参数zone已被忽略，直接传nil。
④ _class_createInstanceFromZone
/*********************************************************************** * class_createInstance * fixme * Locking: none * * Note: this function has been carefully written so that the fastpath * takes no branch. **********************************************************************/
static ALWAYS_INLINE id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
int construct_flags = OBJECT_CONSTRUCT_NONE,
bool cxxConstruct = true,
size_t *outAllocatedSize = nil)
{
ASSERT(cls->isRealized());
// Read class's info bits all at once for performance
bool hasCxxCtor = cxxConstruct && cls->hasCxxCtor(); // 获取 cls 是否有构造函数
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor(); // 获取 cls 是否有析构函数
bool fast = cls->canAllocNonpointer(); // 获取 cls 是否能够分配 nonpointer，若是是的话表明开启了内存优化
size_t size;
// 获取须要申请的空间大小
size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
// zone == nil，调用 calloc 来申请内存空间
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
obj = (id)calloc(1, size);
}
// 若是内存空间申请失败，调用 callBadAllocHandler
if (slowpath(!obj)) {
if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
return _objc_callBadAllocHandler(cls);
}
return nil;
}
// 初始化 isa。若是是 nonpointer，就调用 initInstanceIsa
if (!zone && fast) {
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
} else {
// Use raw pointer isa on the assumption that they might be
// doing something weird with the zone or RR.
obj->initIsa(cls);
}
// 若是 cls 没有构造函数，直接返回对象
if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
return obj;
}
// 进行构造函数的处理，再返回
construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}
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在_class_createInstanceFromZone函数中，经过调用 C 函数calloc来申请内存空间，并初始化对象的isa。
接着咱们来看一下初始化对象isa(nonpointer)的过程。
⑤ initInstanceIsa
// objc-object.h
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
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initIsa
// objc-config.h
// Define SUPPORT_INDEXED_ISA=1 on platforms that store the class in the isa
// field as an index into a class table.
// Note, keep this in sync with any .s files which also define it.
// Be sure to edit objc-abi.h as well.
#if __ARM_ARCH_7K__ >= 2 || (__arm64__ && !__LP64__)
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 1
#else
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 0
#endif
// objc-object.h
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)cls);
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA // 对于 64 位系统，该值为 0
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE; // 将 isa 的 bits 赋值为 ISA_MAGIC_VALUE
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
// This write must be performed in a single store in some cases
// (for example when realizing a class because other threads
// may simultaneously try to use the class).
// fixme use atomics here to guarantee single-store and to
// guarantee memory order w.r.t. the class index table
// ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
isa = newisa;
}
}
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在initIsa方法中将isa的bits赋值为ISA_MAGIC_VALUE。源码注释写的是ISA_MAGIC_VALUE初始化了isa的magic和nonpointer字段，下面咱们加以验证。
#if SUPPORT_PACKED_ISA
// extra_rc must be the MSB-most field (so it matches carry/overflow flags)
// nonpointer must be the LSB (fixme or get rid of it)
// shiftcls must occupy the same bits that a real class pointer would
// bits + RC_ONE is equivalent to extra_rc + 1
// RC_HALF is the high bit of extra_rc (i.e. half of its range)
// future expansion:
// uintptr_t fast_rr : 1; // no r/r overrides
// uintptr_t lock : 2; // lock for atomic property, @synch
// uintptr_t extraBytes : 1; // allocated with extra bytes
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL // here
# define ISA_BITFIELD \ 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
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
# define ISA_BITFIELD \ uintptr_t nonpointer : 1; \ uintptr_t has_assoc : 1; \ uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \ uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \ uintptr_t magic : 6; \ uintptr_t weakly_referenced : 1; \ uintptr_t deallocating : 1; \ uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \ uintptr_t extra_rc : 8
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
# else
# error unknown architecture for packed isa
# endif
// SUPPORT_PACKED_ISA
#endif
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在__arm64__下，ISA_MAGIC_VALUE的值为0x000001a000000001ULL。 
对应到ISA_BITFIELD中，ISA_MAGIC_VALUE确实是用于初始化isa的magic和nonpointer字段。
在初始化isa的时候，并无对extra_rc进行操做。也就是说alloc方法实际上并无设置对象的引用计数值为 1。
Why? alloc 竟然没有让引用计数值为 1？
不急，咱们先留着疑问分析其它内存管理方法。
小结：
alloc方法通过一系列的函数调用栈，最终经过调用 C 函数calloc来申请内存空间，并初始化对象的isa，但并无设置对象的引用计数值为 1。
init
// NSObject.mm
// Calls [[cls alloc] init].
id
objc_alloc_init(Class cls)
{
return [callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/) init];
}
- (id)init {
return _objc_rootInit(self);
}
id
_objc_rootInit(id obj)
{
// In practice, it will be hard to rely on this function.
// Many classes do not properly chain -init calls.
return obj;
}
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基类的init方法啥都没干，只是将alloc建立的对象返回。咱们能够重写init方法来对alloc建立的实例作一些初始化操做。
new
// Calls [cls new]
id
objc_opt_new(Class cls)
{
#if __OBJC2__
if (fastpath(cls && !cls->ISA()->hasCustomCore())) {
return [callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/) init];
}
#endif
return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(new));
}
+ (id)new {
return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}
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new方法很简单，只是嵌套了alloc和init。
copy & mutableCopy
- (id)copy {
return [(id)self copyWithZone:nil];
}
- (id)mutableCopy {
return [(id)self mutableCopyWithZone:nil];
}
复制代码
copy和mutableCopy也很简单，只是调用了copyWithZone和mutableCopyWithZone方法。
retainCount
咱们都知道，retainCount方法是取出对象的引用计数值。那么，它是从哪里取值，怎么取值的呢？相信大家已经想到了，isa和Sidetable，下面咱们进入源码看看它的取值过程。
retainCount方法的函数调用栈为：
// NSObject.mm
① retainCount
② _objc_rootRetainCount
// objc-object.h
③ objc_object::rootRetainCount
// NSObject.mm
④ objc_object::sidetable_getExtraRC_nolock
objc_object::sidetable_retainCount
复制代码
① retainCount
- (NSUInteger)retainCount {
return _objc_rootRetainCount(self);
}
复制代码
② _objc_rootRetainCount
uintptr_t
_objc_rootRetainCount(id obj)
{
ASSERT(obj);
return obj->rootRetainCount();
}
复制代码
③ objc_object::rootRetainCount
inline uintptr_t
objc_object::rootRetainCount()
{
// 若是是 tagged pointer，直接返回 this
if (isTaggedPointer()) return (uintptr_t)this;
sidetable_lock();
isa_t bits = LoadExclusive(&isa.bits); // 获取 isa
ClearExclusive(&isa.bits);
// 若是 isa 是 nonpointer
if (bits.nonpointer) {
uintptr_t rc = 1 + bits.extra_rc; // 引用计数 = 1 + isa 中 extra_rc 的值
// 若是还额外使用 sidetable 存储引用计数
if (bits.has_sidetable_rc) {
rc += sidetable_getExtraRC_nolock(); // 加上 sidetable 中引用计数的值
}
sidetable_unlock();
return rc;
}
sidetable_unlock();
// 若是 isa 不是 nonpointer，返回 sidetable_retainCount() 的值
return sidetable_retainCount();
}
复制代码
④ objc_object::sidetable_getExtraRC_nolock
size_t
objc_object::sidetable_getExtraRC_nolock()
{
ASSERT(isa.nonpointer);
SideTable& table = SideTables()[this]; // 得到 SideTable
RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this); // 得到 refcnts
if (it == table.refcnts.end()) return 0; // 若是没找到，返回 0
else return it->second >> SIDE_TABLE_RC_SHIFT; // 若是找到了，经过 SIDE_TABLE_RC_SHIFT 位掩码获取对应的引用计数
}
#define SIDE_TABLE_RC_SHIFT 2
复制代码
若是isa是nonpointer，则对象的引用计数就存储在它的isa_t的extra_rc中以及SideTable的RefCountMap中。因为extra_rc存储的对象自己以外的引用计数值，因此须要加上对象自己的引用计数 1；再加上SideTable中存储的引用计数值，经过sidetable_getExtraRC_nolock()函数获取。
sidetable_getExtraRC_nolock()函数中进行了两次哈希查找：
- ① 第一次根据当前对象的内存地址，通过哈希查找从
SideTables()中取出它所在的SideTable； - ② 第二次根据当前对象的内存地址，通过哈希查找从
SideTable中的refcnts中取出它的引用计数表。
objc_object::sidetable_retainCount
uintptr_t
objc_object::sidetable_retainCount()
{
SideTable& table = SideTables()[this];
size_t refcnt_result = 1; // 设置对象自己的引用计数为1
table.lock();
RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
if (it != table.refcnts.end()) {
// this is valid for SIDE_TABLE_RC_PINNED too
refcnt_result += it->second >> SIDE_TABLE_RC_SHIFT; // 引用计数 = 1 + SideTable 中存储的引用计数
}
table.unlock();
return refcnt_result;
}
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若是isa不是nonpointer，它直接存储着Class、Meta-Class对象的内存地址，没办法存储引用计数，因此引用计数都存储在SideTable中，这时候就经过sidetable_retainCount()得到引用计数。
小结：
retainCount方法：
- 在
arm64以前，isa不是nonpointer。对象的引用计数全都存储在SideTable中，retainCount方法返回的是对象自己的引用计数值 1，加上SideTable中存储的值；- 从
arm64开始，isa是nonpointer。对象的引用计数先存储到它的isa中的extra_rc中，若是 19 位的extra_rc不够存储，那么溢出的部分再存储到SideTable中，retainCount方法返回的是对象自己的引用计数值 1，加上isa中的extra_rc存储的值，加上SideTable中存储的值。- 因此，其实咱们经过
retainCount方法打印alloc建立的对象的引用计数为 1，这是retainCount方法的功劳，alloc方法并无设置对象的引用计数。
Why： 那也不对啊，
alloc方法没有设置对象的引用计数为 1，并且它内部也没有调用retainCount方法啊。那咱们经过alloc建立出来的对象的引用计数岂不是就是 0，那不是会直接dealloc吗？dealloc方法是在release方法内部调用的。只有你直接调用了dealloc，或者调用了release且在release方法中判断对象的引用计数为 0 的时候，才会调用dealloc。详情请参阅release源码分析。
retain
在《iOS - 老生常谈内存管理（二）：从 MRC 提及》文章中已经讲解过，持有对象有两种方式，一是经过 alloc/new/copy/mutableCopy等方法建立对象，二是经过retain方法。retain方法会将对象的引用计数 +1。
retain方法的函数调用栈为：
// NSObject.mm
① objc_retain
// objc-object.h
② objc_object::retain
// NSObject.mm
③ retain
④ _objc_rootRetain
// objc-object.h
⑤ objc_object::rootRetain
// NSObject.mm
⑥ objc_object::sidetable_retain
addc // objc-os.h
objc_object::rootRetain_overflow
objc_object::sidetable_addExtraRC_nolock
复制代码
① objc_retain
#if __OBJC2__
__attribute__((aligned(16), flatten, noinline))
id
objc_retain(id obj)
{
if (!obj) return obj;
if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
return obj->retain();
}
#else
id objc_retain(id obj) { return [obj retain]; }
#endif
复制代码
若是是__OBJC2__，则调用objc_object::retain函数；不然调用retain方法。
② objc_object::retain
// Equivalent to calling [this retain], with shortcuts if there is no override
inline id
objc_object::retain()
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) {
return rootRetain();
}
return ((id(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, @selector(retain));
}
复制代码
若是方法没有被重写，直接调用objc_object::rootRetain，这是快捷方式；不然调用retain方法。
③ retain
// Replaced by ObjectAlloc
- (id)retain {
return _objc_rootRetain(self);
}
复制代码
④ _objc_rootRetainCount
NEVER_INLINE id
_objc_rootRetain(id obj)
{
ASSERT(obj);
return obj->rootRetain();
}
复制代码
⑤ objc_object::rootRetain
ALWAYS_INLINE id
objc_object::rootRetain()
{
return rootRetain(false, false);
}
ALWAYS_INLINE id
objc_object::rootRetain(bool tryRetain, bool handleOverflow)
{
// 若是是 tagged pointer，直接返回 this
if (isTaggedPointer()) return (id)this;
bool sideTableLocked = false;
bool transcribeToSideTable = false; // 是否须要将引用计数存储在 sideTable 中
isa_t oldisa;
isa_t newisa;
do {
transcribeToSideTable = false;
// 获取 isa
oldisa = LoadExclusive(&isa.bits);
newisa = oldisa;
// 若是 isa 不是 nonpointer
if (slowpath(!newisa.nonpointer)) {
ClearExclusive(&isa.bits);
if (rawISA()->isMetaClass()) return (id)this;
if (!tryRetain && sideTableLocked) sidetable_unlock();
// tryRetain == false，调用 sidetable_retain
if (tryRetain) return sidetable_tryRetain() ? (id)this : nil;
else return sidetable_retain();
}
// don't check newisa.fast_rr; we already called any RR overrides
if (slowpath(tryRetain && newisa.deallocating)) {
ClearExclusive(&isa.bits);
if (!tryRetain && sideTableLocked) sidetable_unlock();
return nil;
}
uintptr_t carry; // 用于判断 isa 的 extra_rc 是否溢出，这里指上溢，即存满
newisa.bits = addc(newisa.bits, RC_ONE, 0, &carry); // extra_rc++
// 若是 extra_rc 上溢
if (slowpath(carry)) {
// newisa.extra_rc++ overflowed
// 若是 handleOverflow == false，调用 rootRetain_overflow
if (!handleOverflow) {
ClearExclusive(&isa.bits);
return rootRetain_overflow(tryRetain);
}
// Leave half of the retain counts inline and
// prepare to copy the other half to the side table.
// 保留一半的引用计数在 extra_rc 中
// 准备把另外一半引用计数存储到 Sidetable 中
if (!tryRetain && !sideTableLocked) sidetable_lock();
sideTableLocked = true;
transcribeToSideTable = true; // 设置 transcribeToSideTable 为 true
newisa.extra_rc = RC_HALF; // 设置 extra_rc 的值为 RC_HALF # define RC_HALF (1ULL<<18)
newisa.has_sidetable_rc = true; // 设置 has_sidetable_rc 为 true
}
} while (slowpath(!StoreExclusive(&isa.bits, oldisa.bits, newisa.bits))); // 保存更新后的 isa.bits
// 若是须要将溢出的引用计数存储到 sidetable 中
if (slowpath(transcribeToSideTable)) {
// Copy the other half of the retain counts to the side table.
// 将 RC_HALF 个引用计数存储到 Sidetable 中
sidetable_addExtraRC_nolock(RC_HALF);
}
if (slowpath(!tryRetain && sideTableLocked)) sidetable_unlock();
return (id)this;
}
复制代码
⑥ objc_object::sidetable_retain
咱们先来看几个偏移量：
// The order of these bits is important.
#define SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED (1UL<<0)
#define SIDE_TABLE_DEALLOCATING (1UL<<1) // MSB-ward of weak bit
#define SIDE_TABLE_RC_ONE (1UL<<2) // MSB-ward of deallocating bit
#define SIDE_TABLE_RC_PINNED (1UL<<(WORD_BITS-1))
#define SIDE_TABLE_RC_SHIFT 2
#define SIDE_TABLE_FLAG_MASK (SIDE_TABLE_RC_ONE-1)
复制代码
- SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED：标记对象是否有弱引用
- SIDE_TABLE_DEALLOCATING：标记对象是否正在 dealloc
- SIDE_TABLE_RC_ONE：对象引用计数存储的开始位，引用计数存储在第 2～63 位
- SIDE_TABLE_RC_PINNED：引用计数的溢出标志位（最后一位）
如下是对象的引用计数表：
id
objc_object::sidetable_retain()
{
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
ASSERT(!isa.nonpointer);
#endif
SideTable& table = SideTables()[this]; // 获取 SideTable
table.lock();
size_t& refcntStorage = table.refcnts[this]; // 获取 refcnt
if (! (refcntStorage & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) { // 若是获取到了，且未溢出
refcntStorage += SIDE_TABLE_RC_ONE; // 将引用计数加 1
}
table.unlock();
return (id)this;
}
复制代码
若是isa不是nonpointer，就会调用sidetable_retain，通过两次哈希查找获得对象的引用计数表，将引用计数 +1。
addc
static ALWAYS_INLINE uintptr_t
addc(uintptr_t lhs, uintptr_t rhs, uintptr_t carryin, uintptr_t *carryout)
{
return __builtin_addcl(lhs, rhs, carryin, carryout);
}
复制代码
若是isa是nonpointer ，就会调用addc将extra_rc中的引用计数 +1。这个函数的做用就是增长引用计数。
objc_object::rootRetain_overflow
NEVER_INLINE id
objc_object::rootRetain_overflow(bool tryRetain)
{
return rootRetain(tryRetain, true);
}
复制代码
若是extra_rc中存储满了，就会调用rootRetain_overflow，该函数又调用了rootRetain，但参数handleOverflow传true。
objc_object::sidetable_addExtraRC_nolock
// Move some retain counts to the side table from the isa field.
// Returns true if the object is now pinned.
// 将一些引用计数从 isa 中转移到 sidetable
bool
objc_object::sidetable_addExtraRC_nolock(size_t delta_rc)
{
ASSERT(isa.nonpointer);
SideTable& table = SideTables()[this];
size_t& refcntStorage = table.refcnts[this];
size_t oldRefcnt = refcntStorage;
// isa-side bits should not be set here
ASSERT((oldRefcnt & SIDE_TABLE_DEALLOCATING) == 0);
ASSERT((oldRefcnt & SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED) == 0);
if (oldRefcnt & SIDE_TABLE_RC_PINNED) return true;
uintptr_t carry;
size_t newRefcnt =
addc(oldRefcnt, delta_rc << SIDE_TABLE_RC_SHIFT, 0, &carry);
if (carry) {
refcntStorage =
SIDE_TABLE_RC_PINNED | (oldRefcnt & SIDE_TABLE_FLAG_MASK);
return true;
}
else {
refcntStorage = newRefcnt;
return false;
}
}
复制代码
若是extra_rc中存储满了，就会调用sidetable_addExtraRC_nolock将extra_rc中的RC_HALF（extra_rc满值的一半）个引用计数转移到sidetable中存储，也是调用addc对refcnt引用计数表进行引用计数增长操做。
小结：
retain方法：
- 若是
isa不是nonpointer，那么就对Sidetable中的引用计数进行 +1；- 若是
isa是nonpointer，就将isa中的extra_rc存储的引用计数进行 +1，若是溢出，就将extra_rc中RC_HALF（extra_rc满值的一半）个引用计数转移到sidetable中存储。
从rootRetain函数中咱们能够看到，若是extra_rc溢出，设置它的值为RC_HALF，这时候又对sidetable中的refcnt增长引用计数RC_HALF。extra_rc是19位，而RC_HALF宏是(1ULL<<18)，实际上相等于进行了 +1 操做。
release
当咱们在不须要使用（持有）对象的时候，须要调用一下release方法进行释放。release方法会将对象的引用计数 -1。
release方法的函数调用栈为：
// NSObject.mm
① objc_release
// objc-object.h
② objc_object::release
// NSObject.mm
③ release
④ _objc_rootRelease
// objc-object.h
⑤ objc_object::rootRelease
// NSObject.mm
⑥ objc_object::sidetable_release
subc // objc-os.h
objc_object::rootRelease_underflow
objc_object::sidetable_subExtraRC_nolock
objc_object::overrelease_error
复制代码
① objc_release
#if __OBJC2__
__attribute__((aligned(16), flatten, noinline))
void
objc_release(id obj)
{
if (!obj) return;
if (obj->isTaggedPointer()) return;
return obj->release();
}
#else
void objc_release(id obj) { [obj release]; }
#endif
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若是是__OBJC2__，则调用objc_object::release函数；不然调用release方法。
② objc_object::release
// Equivalent to calling [this release], with shortcuts if there is no override
inline void
objc_object::release()
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) {
rootRelease();
return;
}
((void(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, @selector(release));
}
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若是方法没有被重写，直接调用objc_object::rootRelease，这是快捷方式；不然调用release方法。
③ release
// Replaced by ObjectAlloc
- (oneway void)release {
_objc_rootRelease(self);
}
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④ _objc_rootRelease
NEVER_INLINE void
_objc_rootRelease(id obj)
{
ASSERT(obj);
obj->rootRelease();
}
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⑤ objc_object::rootRelease
ALWAYS_INLINE bool
objc_object::rootRelease()
{
return rootRelease(true, false);
}
ALWAYS_INLINE bool
objc_object::rootRelease(bool performDealloc, bool handleUnderflow)
{
// 若是是 tagged pointer，直接返回 false
if (isTaggedPointer()) return false;
bool sideTableLocked = false;
isa_t oldisa;
isa_t newisa;
retry:
do {
// 获取 isa
oldisa = LoadExclusive(&isa.bits);
newisa = oldisa;
// 若是 isa 不是 nonpointer
if (slowpath(!newisa.nonpointer)) {
ClearExclusive(&isa.bits);
if (rawISA()->isMetaClass()) return false;
if (sideTableLocked) sidetable_unlock();
// 调用 sidetable_release
return sidetable_release(performDealloc);
}
// don't check newisa.fast_rr; we already called any RR overrides
uintptr_t carry;
newisa.bits = subc(newisa.bits, RC_ONE, 0, &carry); // extra_rc--
// 若是发现溢出的状况，这里是下溢，指 extra_rc 中的引用计数已经为 0 了
if (slowpath(carry)) {
// don't ClearExclusive()
// 执行 underflow 处理下溢
goto underflow;
}
} while (slowpath(!StoreReleaseExclusive(&isa.bits,
oldisa.bits, newisa.bits))); // 保存更新后的 isa.bits
if (slowpath(sideTableLocked)) sidetable_unlock();
return false;
underflow:
// newisa.extra_rc-- underflowed: borrow from side table or deallocate
// abandon newisa to undo the decrement
// extra_rc-- 下溢，从 sidetable 借用或者 dealloc 对象
newisa = oldisa;
// 若是 isa 的 has_sidetable_rc 字段值为 1
if (slowpath(newisa.has_sidetable_rc)) {
// 若是 handleUnderflow == false，调用 rootRelease_underflow
if (!handleUnderflow) {
ClearExclusive(&isa.bits);
return rootRelease_underflow(performDealloc);
}
// Transfer retain count from side table to inline storage.
// 将引用计数从 sidetable 中转到 extra_rc 中存储
if (!sideTableLocked) {
ClearExclusive(&isa.bits);
sidetable_lock();
sideTableLocked = true;
// Need to start over to avoid a race against
// the nonpointer -> raw pointer transition.
goto retry;
}
// Try to remove some retain counts from the side table.
// 尝试从 sidetable 中删除（借出）一些引用计数，传入 RC_HALF
// borrowed 为 sidetable 实际删除（借出）的引用计数
size_t borrowed = sidetable_subExtraRC_nolock(RC_HALF);
// To avoid races, has_sidetable_rc must remain set
// even if the side table count is now zero.
// 为了不竞争，has_sidetable_rc 必须保持设置
// 即便 sidetable 中的引用计数如今是 0
if (borrowed > 0) { // 若是 borrowed > 0
// Side table retain count decreased.
// Try to add them to the inline count.
// 将它进行 -1，赋值给 extra_rc
newisa.extra_rc = borrowed - 1; // redo the original decrement too
// 存储更改后的 isa.bits
bool stored = StoreReleaseExclusive(&isa.bits,
oldisa.bits, newisa.bits);
// 若是存储失败，马上重试一次
if (!stored) {
// Inline update failed.
// Try it again right now. This prevents livelock on LL/SC
// architectures where the side table access itself may have
// dropped the reservation.
isa_t oldisa2 = LoadExclusive(&isa.bits);
isa_t newisa2 = oldisa2;
if (newisa2.nonpointer) {
uintptr_t overflow;
newisa2.bits =
addc(newisa2.bits, RC_ONE * (borrowed-1), 0, &overflow);
if (!overflow) {
stored = StoreReleaseExclusive(&isa.bits, oldisa2.bits,
newisa2.bits);
}
}
}
// 若是仍是存储失败，把引用计数再从新保存到 sidetable 中
if (!stored) {
// Inline update failed.
// Put the retains back in the side table.
sidetable_addExtraRC_nolock(borrowed);
goto retry;
}
// Decrement successful after borrowing from side table.
// This decrement cannot be the deallocating decrement - the side
// table lock and has_sidetable_rc bit ensure that if everyone
// else tried to -release while we worked, the last one would block.
sidetable_unlock();
return false;
}
else {
// Side table is empty after all. Fall-through to the dealloc path.
}
}
// 若是引用计数为 0，dealloc 对象
// Really deallocate.
// 若是当前 newisa 处于 deallocating 状态，保证对象只会 dealloc 一次
if (slowpath(newisa.deallocating)) {
ClearExclusive(&isa.bits);
if (sideTableLocked) sidetable_unlock();
// 调用 overrelease_error
return overrelease_error();
// does not actually return
}
// 设置 newisa 为 deallocating 状态
newisa.deallocating = true;
// 若是存储失败，继续重试
if (!StoreExclusive(&isa.bits, oldisa.bits, newisa.bits)) goto retry;
if (slowpath(sideTableLocked)) sidetable_unlock();
__c11_atomic_thread_fence(__ATOMIC_ACQUIRE);
// 若是 performDealloc == true，给对象发送一条 dealloc 消息
if (performDealloc) {
((void(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, @selector(dealloc));
}
return true;
}
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⑥ objc_object::sidetable_release
// rdar://20206767
// return uintptr_t instead of bool so that the various raw-isa
// -release paths all return zero in eax
uintptr_t
objc_object::sidetable_release(bool performDealloc)
{
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
ASSERT(!isa.nonpointer);
#endif
// 获取 SideTable
SideTable& table = SideTables()[this];
bool do_dealloc = false; // 标识是否须要执行 dealloc 方法
table.lock();
auto it = table.refcnts.try_emplace(this, SIDE_TABLE_DEALLOCATING);
// 获取 refcnts
auto &refcnt = it.first->second;
if (it.second) {
do_dealloc = true;
// 若是对象处于 deallocating 状态
} else if (refcnt < SIDE_TABLE_DEALLOCATING) {
// SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED may be set. Don't change it.
do_dealloc = true;
refcnt |= SIDE_TABLE_DEALLOCATING;
// 若是引用计数有值
} else if (! (refcnt & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) {
// 引用计数 -1
refcnt -= SIDE_TABLE_RC_ONE;
}
table.unlock();
// 若是符合判断条件，dealloc 对象
if (do_dealloc && performDealloc) {
((void(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, @selector(dealloc));
}
return do_dealloc;
}
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若是isa不是nonpointer ，那么就对Sidetable中的引用计数进行 -1，若是引用计数 =0，就dealloc对象；
subc
static ALWAYS_INLINE uintptr_t
subc(uintptr_t lhs, uintptr_t rhs, uintptr_t carryin, uintptr_t *carryout)
{
return __builtin_subcl(lhs, rhs, carryin, carryout);
}
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subc就是addc的反操做，用来减小引用计数。
objc_object::rootRelease_underflow
NEVER_INLINE bool
objc_object::rootRelease_underflow(bool performDealloc)
{
return rootRelease(performDealloc, true);
}
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若是extra_rc下溢，就会调用rootRelease_underflow，该函数又调用了rootRelease，但参数handleUnderflow 传true。
objc_object::sidetable_subExtraRC_nolock
// Move some retain counts from the side table to the isa field.
// Returns the actual count subtracted, which may be less than the request.
size_t
objc_object::sidetable_subExtraRC_nolock(size_t delta_rc)
{
ASSERT(isa.nonpointer);
// 获取 SideTable
SideTable& table = SideTables()[this];
// 获取 refcnt
RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
if (it == table.refcnts.end() || it->second == 0) {
// Side table retain count is zero. Can't borrow.
return 0;
}
size_t oldRefcnt = it->second;
// isa-side bits should not be set here
ASSERT((oldRefcnt & SIDE_TABLE_DEALLOCATING) == 0);
ASSERT((oldRefcnt & SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED) == 0);
// 减小引用计数
size_t newRefcnt = oldRefcnt - (delta_rc << SIDE_TABLE_RC_SHIFT);
ASSERT(oldRefcnt > newRefcnt); // shouldn't underflow
it->second = newRefcnt;
return delta_rc;
}
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sidetable_subExtraRC_nolock目的就是请求将sidetable中存储的一些引用计数值转移到isa中。返回减去的实际引用计数，该值可能小于请求值。
objc_object::overrelease_error
NEVER_INLINE uintptr_t
objc_object::overrelease_error()
{
_objc_inform_now_and_on_crash("%s object %p overreleased while already deallocating; break on objc_overrelease_during_dealloc_error to debug", object_getClassName((id)this), this);
objc_overrelease_during_dealloc_error();
return 0; // allow rootRelease() to tail-call this
}
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若是当前对象处于deallocating状态，再次release就会执行overrelease_error，该函数就是用来在过分调用release的时候报错用的。
小结：
release方法：
- 若是
isa不是nonpointer，那么就对Sidetable中的引用计数进行 -1，若是引用计数 =0，就dealloc对象；- 若是
isa是nonpointer，就将isa中的extra_rc存储的引用计数进行 -1。若是下溢，即extra_rc中的引用计数已经为 0，判断has_sidetable_rc是否为true便是否有使用Sidetable存储。若是有的话就申请从Sidetable中申请RC_HALF个引用计数转移到extra_rc中存储，若是不足RC_HALF就有多少申请多少，而后将Sidetable中的引用计数值减去RC_HALF（或是小于RC_HALF的实际值），将实际申请到的引用计数值 -1 后存储到extra_rc中。若是extra_rc中引用计数为 0 且has_sidetable_rc为false或者Sidetable中的引用计数也为 0 了，那就dealloc对象。为何须要这么作呢？直接先从
Sidetable中对引用计数进行 -1 操做不行吗？ 我想应该是为了性能吧，毕竟访问对象的isa更快。
autorelease
autorelease方法的函数调用栈为：
// NSObject.mm
① objc_autorelease
// objc-object.h
② objc_object::autorelease
// NSObject.mm
③ autorelease
④ _objc_rootAutorelease
// objc-object.h
⑤ objc_object::rootAutorelease
// NSObject.mm
⑥ objc_object::rootAutorelease2
⑦ AutoreleasePoolPage::autorelease
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① objc_autorelease
#if __OBJC2__
__attribute__((aligned(16), flatten, noinline))
id
objc_autorelease(id obj)
{
if (!obj) return obj;
if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
return obj->autorelease();
}
#else
id objc_autorelease(id obj) { return [obj autorelease]; }
#endif
复制代码
若是是__OBJC2__，则调用objc_object::autorelease函数；不然调用autorelease方法。
② objc_object::autorelease
// Equivalent to [this autorelease], with shortcuts if there is no override
inline id
objc_object::autorelease()
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) {
return rootAutorelease();
}
return ((id(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, @selector(autorelease));
}
复制代码
若是方法没有被重写，直接调用objc_object::rootAutorelease，这是快捷方式；不然调用autorelease方法。
③ autorelease
// Replaced by ObjectAlloc
- (id)autorelease {
return _objc_rootAutorelease(self);
}
复制代码
④ _objc_rootAutorelease
NEVER_INLINE id
_objc_rootAutorelease(id obj)
{
ASSERT(obj);
return obj->rootAutorelease();
}
复制代码
⑤ objc_object::rootAutorelease
// Base autorelease implementation, ignoring overrides.
inline id
objc_object::rootAutorelease()
{
if (isTaggedPointer()) return (id)this;
if (prepareOptimizedReturn(ReturnAtPlus1)) return (id)this;
return rootAutorelease2();
}
复制代码
⑥ objc_object::rootAutorelease2
__attribute__((noinline,used))
id
objc_object::rootAutorelease2()
{
assert(!isTaggedPointer());
return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}
复制代码
在该函数中调用了AutoreleasePoolPage类的autorelease方法。 关于AutoreleasePoolPage类以及autorelease与@autoreleasepool，可参阅《iOS - 聊聊 autorelease 和 @autoreleasepool》。
dealloc
dealloc方法的函数调用栈为：
// NSObject.mm
① dealloc
② _objc_rootDealloc
// objc-object.h
③ rootDealloc
// objc-runtime-new.mm
④ object_dispose
⑤ objc_destructInstance
// objc-object.h
⑥ clearDeallocating
// NSObject.mm
⑦ sidetable_clearDeallocating
clearDeallocating_slow
复制代码
① dealloc
// Replaced by NSZombies
- (void)dealloc {
_objc_rootDealloc(self);
}
复制代码
② _objc_rootDealloc
void
_objc_rootDealloc(id obj)
{
ASSERT(obj);
obj->rootDealloc();
}
复制代码
③ rootDealloc
inline void
objc_object::rootDealloc()
{
// 判断是否为 TaggerPointer 内存管理方案，是的话直接 return
if (isTaggedPointer()) return; // fixme necessary? *
if (fastpath(isa.nonpointer && // 若是 isa 为 nonpointer
!isa.weakly_referenced && // 没有弱引用
!isa.has_assoc && // 没有关联对象
!isa.has_cxx_dtor && // 没有 C++ 的析构函数
!isa.has_sidetable_rc)) // 没有额外采用 SideTabel 进行引用计数存储
{
assert(!sidetable_present());
free(this); // 若是以上条件成立，直接调用 free 函数销毁对象
}
else {
object_dispose((id)this); // 若是以上条件不成立，调用 object_dispose 函数
}
}
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④ object_dispose
/*********************************************************************** * object_dispose * fixme * Locking: none **********************************************************************/
id
object_dispose(id obj)
{
if (!obj) return nil;
objc_destructInstance(obj); // 调用 objc_destructInstance 函数
free(obj); // 调用 free 函数销毁对象
return nil;
}
复制代码
⑤ objc_destructInstance
/*********************************************************************** * objc_destructInstance * Destroys an instance without freeing memory. * Calls C++ destructors. * Calls ARC ivar cleanup. * Removes associative references. * Returns `obj`. Does nothing if `obj` is nil. **********************************************************************/
void *objc_destructInstance(id obj)
{
if (obj) {
// Read all of the flags at once for performance.
bool cxx = obj->hasCxxDtor();
bool assoc = obj->hasAssociatedObjects();
// This order is important.
if (cxx) object_cxxDestruct(obj); // 若是有 C++ 的析构函数，调用 object_cxxDestruct 函数
if (assoc) _object_remove_assocations(obj); // 若是有关联对象，调用 _object_remove_assocations 函数，移除关联对象
obj->clearDeallocating(); // 调用 clearDeallocating 函数
}
return obj;
}
复制代码
⑥ clearDeallocating
inline void
objc_object::clearDeallocating()
{
// 若是 isa 不是 nonpointer
if (slowpath(!isa.nonpointer)) {
// Slow path for raw pointer isa.
// 调用 sidetable_clearDeallocating 函数
sidetable_clearDeallocating();
}
// 若是 isa 是 nonpointer，且有弱引用或者有额外使用 SideTable 存储引用计数
else if (slowpath(isa.weakly_referenced || isa.has_sidetable_rc)) {
// Slow path for non-pointer isa with weak refs and/or side table data.
// 调用 clearDeallocating_slow 函数
clearDeallocating_slow();
}
assert(!sidetable_present());
}
复制代码
⑦ sidetable_clearDeallocating
void
objc_object::sidetable_clearDeallocating()
{
// 获取 SideTable
SideTable& table = SideTables()[this];
// clear any weak table items
// clear extra retain count and deallocating bit
// (fixme warn or abort if extra retain count == 0 ?)
table.lock();
// 获取 refcnts
RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
if (it != table.refcnts.end()) {
if (it->second & SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED) {
// 调用 weak_clear_no_lock：将指向该对象的弱引用指针置为 nil
weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
}
// 调用 table.refcnts.erase：从引用计数表中擦除该对象的引用计数
table.refcnts.erase(it);
}
table.unlock();
}
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clearDeallocating_slow
// Slow path of clearDeallocating()
// for objects with nonpointer isa
// that were ever weakly referenced
// or whose retain count ever overflowed to the side table.
NEVER_INLINE void
objc_object::clearDeallocating_slow()
{
ASSERT(isa.nonpointer && (isa.weakly_referenced || isa.has_sidetable_rc));
// 获取 SideTable
SideTable& table = SideTables()[this];
table.lock();
// 若是有弱引用
if (isa.weakly_referenced) {
// 调用 weak_clear_no_lock：将指向该对象的弱引用指针置为 nil
weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
}
// 若是有使用 SideTable 存储引用计数
if (isa.has_sidetable_rc) {
// 调用 table.refcnts.erase：从引用计数表中擦除该对象的引用计数
table.refcnts.erase(this);
}
table.unlock();
}
复制代码
小结：
dealloc方法：
- ① 判断 5 个条件（1.
isa为nonpointer；2.没有弱引用；3.没有关联对象；4.没有C++的析构函数；5.没有额外采用SideTabel进行引用计数存储），若是这 5 个条件都成立，直接调用free函数销毁对象，不然调用object_dispose作一些释放对象前的处理；- ②
- 1.若是有
C++的析构函数，调用object_cxxDestruct；- 2.若是有关联对象，调用
_object_remove_assocations函数，移除关联对象；- 3.调用
weak_clear_no_lock将指向该对象的弱引用指针置为nil；- 4.调用
table.refcnts.erase从引用计数表中擦除该对象的引用计数（若是isa为nonpointer，还要先判断isa.has_sidetable_rc）- ③ 调用
free函数销毁对象。根据
dealloc过程，__weak修饰符的变量在对象被dealloc时，会将该__weak置为nil。可见，若是大量使用__weak变量的话，则会消耗相应的 CPU 资源，因此建议只在须要避免循环引用的时候使用__weak修饰符。在
《iOS - 老生常谈内存管理（三）：ARC 面世 —— 全部权修饰符》章节中提到，__weak对性能会有必定的消耗，当一个对象dealloc时，须要遍历对象的weak表，把表里的全部weak指针变量值置为nil，指向对象的weak指针越多，性能消耗就越多。因此__unsafe_unretained比__weak快。当明确知道对象的生命周期时，选择__unsafe_unretained会有一些性能提高。
weak
清除 weak
以上从dealloc方法实现咱们知道了在对象dealloc的时候，会调用weak_clear_no_lock函数将指向该对象的弱引用指针置为nil，那么该函数的具体实现是怎样的呢？
weak_clear_no_lock
// objc-weak.mm
/** * Called by dealloc; nils out all weak pointers that point to the * provided object so that they can no longer be used. * * @param weak_table * @param referent The object being deallocated. */
void
weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id)
{
// 得到 weak 指向的地址，即对象内存地址
objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
// 找到管理 referent 的 entry 容器
weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);
// 若是 entry == nil，表示没有弱引用须要置为 nil，直接返回
if (entry == nil) {
/// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
//printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
return;
}
// zero out references
weak_referrer_t *referrers;
size_t count;
if (entry->out_of_line()) {
// referrers 是一个数组，存储全部指向 referent_id 的弱引用
referrers = entry->referrers;
// 弱引用数组长度
count = TABLE_SIZE(entry);
}
else {
referrers = entry->inline_referrers;
count = WEAK_INLINE_COUNT;
}
// 遍历弱引用数组，将全部指向 referent_id 的弱引用所有置为 nil
for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
objc_object **referrer = referrers[i];
if (referrer) {
if (*referrer == referent) {
*referrer = nil;
}
else if (*referrer) {
_objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
"This is probably incorrect use of "
"objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
"Break on objc_weak_error to debug.\n",
referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
objc_weak_error();
}
}
}
// 从 weak_table 中移除对应的弱引用的管理容器
weak_entry_remove(weak_table, entry);
}
复制代码
小结： 清除
weak。当一个对象被销毁时，在
dealloc方法内部通过一系列的函数调用栈，经过两次哈希查找，第一次根据对象的地址找到它所在的Sidetable，第二次根据对象的地址在Sidetable的weak_table中找到它的弱引用表。弱引用表中存储的是对象的地址（做为key）和weak指针地址的数组（做为value）的映射。weak_clear_no_lock函数中遍历弱引用数组，将指向对象的地址的weak变量全都置为nil。
添加 weak
接下来咱们来看一下weak变量是怎样添加到弱引用表中的。
一个被声明为__weak的指针，在通过编译以后。经过objc_initWeak函数初始化附有__weak修饰符的变量，在变量做用域结束时经过objc_destroyWeak函数销毁该变量。
{
id obj = [[NSObject alloc] init];
id __weak obj1 = obj;
}
/*----- 编译 -----*/
id obj1;
objc_initWeak(&obj1,obj);
objc_destroyWeak(&obj1);
复制代码
objc_initWeak函数调用栈以下：
// NSObject.mm
① objc_initWeak
② storeWeak
// objc-weak.mm
③ weak_register_no_lock
weak_unregister_no_lock
复制代码
① objc_initWeak
/** * Initialize a fresh weak pointer to some object location. * It would be used for code like: * * (The nil case) * __weak id weakPtr; * (The non-nil case) * NSObject *o = ...; * __weak id weakPtr = o; * * This function IS NOT thread-safe with respect to concurrent * modifications to the weak variable. (Concurrent weak clear is safe.) * * @param location Address of __weak ptr. * @param newObj Object ptr. */
id
objc_initWeak(id *location, id newObj) // *location 为 __weak 指针地址，newObj 为对象地址
{
// 若是对象为 nil，那就将 weak 指针置为 nil
if (!newObj) {
*location = nil;
return nil;
}
return storeWeak<DontHaveOld, DoHaveNew, DoCrashIfDeallocating>
(location, (objc_object*)newObj);
}
复制代码
② storeWeak
// Update a weak variable.
// If HaveOld is true, the variable has an existing value
// that needs to be cleaned up. This value might be nil.
// If HaveNew is true, there is a new value that needs to be
// assigned into the variable. This value might be nil.
// If CrashIfDeallocating is true, the process is halted if newObj is
// deallocating or newObj's class does not support weak references.
// If CrashIfDeallocating is false, nil is stored instead.
// 更新 weak 变量
// 若是 HaveOld == true，表示变量有旧值，它须要被清理，这个旧值可能为 nil
// 若是 HaveNew == true，表示一个新值须要赋值给变量，这个新值可能为 nil
// 若是 CrashIfDeallocating == true，则若是对象正在销毁或者对象不支持弱引用，则中止更新
// 若是 CrashIfDeallocating == false，则存储 nil
enum CrashIfDeallocating {
DontCrashIfDeallocating = false, DoCrashIfDeallocating = true
};
template <HaveOld haveOld, HaveNew haveNew,
CrashIfDeallocating crashIfDeallocating>
static id
storeWeak(id *location, objc_object *newObj)
{
assert(haveOld || haveNew);
if (!haveNew) assert(newObj == nil);
Class previouslyInitializedClass = nil;
id oldObj;
SideTable *oldTable; // 旧表，用来存放已有的 weak 变量
SideTable *newTable; // 新表，用来存放新的 weak 变量
// Acquire locks for old and new values.
// Order by lock address to prevent lock ordering problems.
// Retry if the old value changes underneath us.
retry:
// 分别获取新旧值相关联的弱引用表
// 若是 weak 变量有旧值，获取已有对象（该旧值对象）和旧表
if (haveOld) {
oldObj = *location;
oldTable = &SideTables()[oldObj];
} else {
oldTable = nil;
}
// 若是有新值要赋值给变量，建立新表
if (haveNew) {
newTable = &SideTables()[newObj];
} else {
newTable = nil;
}
// 对 haveOld 和 haveNew 分别加锁
SideTable::lockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);
// 判断 oldObj 和 location 指向的值是否相等，便是否是同一对象，若是不是就从新获取旧值相关联的表
if (haveOld && *location != oldObj) {
// 解锁
SideTable::unlockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);
goto retry;
}
// Prevent a deadlock between the weak reference machinery
// and the +initialize machinery by ensuring that no
// weakly-referenced object has an un-+initialized isa.
// 若是有新值，判断新值所属的类是否已经初始化
// 若是没有初始化，则先执行初始化，防止 +initialize 内部调用 storeWeak 产生死锁
if (haveNew && newObj) {
Class cls = newObj->getIsa();
if (cls != previouslyInitializedClass &&
!((objc_class *)cls)->isInitialized())
{
SideTable::unlockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);
class_initialize(cls, (id)newObj);
// If this class is finished with +initialize then we're good.
// If this class is still running +initialize on this thread
// (i.e. +initialize called storeWeak on an instance of itself)
// then we may proceed but it will appear initializing and
// not yet initialized to the check above.
// Instead set previouslyInitializedClass to recognize it on retry.
previouslyInitializedClass = cls;
goto retry;
}
}
// 若是有旧值，调用 weak_unregister_no_lock 清除旧值
// Clean up old value, if any.
if (haveOld) {
// 移除全部指向旧值的 weak 引用，而不是赋值为 nil
weak_unregister_no_lock(&oldTable->weak_table, oldObj, location);
}
// 若是有新值要赋值，调用 weak_register_no_lock 将全部 weak 指针从新指向新的对象
// Assign new value, if any.
if (haveNew) {
newObj = (objc_object *)
weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, (id)newObj, location,
crashIfDeallocating);
// weak_register_no_lock returns nil if weak store should be rejected
// 若是存储成功
// 若是对象是 Tagged Pointer，不作操做
// 若是 isa 不是 nonpointer，设置 SideTable 中弱引用标志位
// 若是 isa 是 nonpointer，设置 isa 的 weakly_referenced 弱引用标志位
// Set is-weakly-referenced bit in refcount table.
if (newObj && !newObj->isTaggedPointer()) {
newObj->setWeaklyReferenced_nolock();
}
// 将 location 指向新的对象
// Do not set *location anywhere else. That would introduce a race.
*location = (id)newObj;
}
else {
// No new value. The storage is not changed.
}
// 解锁
SideTable::unlockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);
return (id)newObj;
}
复制代码
store_weak函数的执行过程以下：
- 分别获取新旧值相关联的弱引用表；
- 若是有旧值，就调用
weak_unregister_no_lock函数清除旧值，移除全部指向旧值的weak引用，而不是赋值为nil； - 若是有新值，就调用
weak_register_no_lock函数分配新值，将全部weak指针从新指向新的对象； - 判断
isa是否为nonpointer来设置弱引用标志位。若是不是nonpointer，设置SideTable中的弱引用标志位，不然设置isa的weakly_referenced弱引用标志位。
③ weak_register_no_lock
/** * Registers a new (object, weak pointer) pair. Creates a new weak * object entry if it does not exist. * * @param weak_table The global weak table. * @param referent The object pointed to by the weak reference. * @param referrer The weak pointer address. */
id
weak_register_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id,
id *referrer_id, bool crashIfDeallocating)
{
objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
objc_object **referrer = (objc_object **)referrer_id;
if (!referent || referent->isTaggedPointer()) return referent_id;
// ensure that the referenced object is viable
bool deallocating;
if (!referent->ISA()->hasCustomRR()) {
deallocating = referent->rootIsDeallocating();
}
else {
BOOL (*allowsWeakReference)(objc_object *, SEL) =
(BOOL(*)(objc_object *, SEL))
object_getMethodImplementation((id)referent,
SEL_allowsWeakReference);
if ((IMP)allowsWeakReference == _objc_msgForward) {
return nil;
}
deallocating =
! (*allowsWeakReference)(referent, SEL_allowsWeakReference);
}
if (deallocating) {
if (crashIfDeallocating) {
_objc_fatal("Cannot form weak reference to instance (%p) of "
"class %s. It is possible that this object was "
"over-released, or is in the process of deallocation.",
(void*)referent, object_getClassName((id)referent));
} else {
return nil;
}
}
// now remember it and where it is being stored
weak_entry_t *entry;
if ((entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))) {
append_referrer(entry, referrer);
}
else {
weak_entry_t new_entry(referent, referrer);
weak_grow_maybe(weak_table);
weak_entry_insert(weak_table, &new_entry);
}
// Do not set *referrer. objc_storeWeak() requires that the
// value not change.
return referent_id;
}
复制代码
weak_register_no_lock用来保存弱引用信息，具体实现以下：
- 判断对象是否正在释放，是否支持弱引用
allowsWeakReference，若是实例对象的allowsWeakReference方法返回NO，则调用_objc_fatal并在控制台打印"Cannot form weak reference to instance (%p) of class %s. It is possible that this object was over-released, or is in the process of deallocation."；
（关于allowsWeakReference已经在《iOS - 老生常谈内存管理（三）：ARC 面世》中讲到） - 查询
weak_table，判断弱引用表中是否已经保存有与对象相关联的弱引用信息； - 若是已经有相关弱引用信息，则调用
append_referrer函数将弱引用信息添加进如今entry容器中；若是没有相关联信息，则建立一个entry，而且插入到weak_table弱引用表中。
weak_unregister_no_lock
/** * Unregister an already-registered weak reference. * This is used when referrer's storage is about to go away, but referent * isn't dead yet. (Otherwise, zeroing referrer later would be a * bad memory access.) * Does nothing if referent/referrer is not a currently active weak reference. * Does not zero referrer. * * FIXME currently requires old referent value to be passed in (lame) * FIXME unregistration should be automatic if referrer is collected * * @param weak_table The global weak table. * @param referent The object. * @param referrer The weak reference. */
void
weak_unregister_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id,
id *referrer_id)
{
objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
objc_object **referrer = (objc_object **)referrer_id;
weak_entry_t *entry;
if (!referent) return;
if ((entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))) {
remove_referrer(entry, referrer);
bool empty = true;
if (entry->out_of_line() && entry->num_refs != 0) {
empty = false;
}
else {
for (size_t i = 0; i < WEAK_INLINE_COUNT; i++) {
if (entry->inline_referrers[i]) {
empty = false;
break;
}
}
}
if (empty) {
weak_entry_remove(weak_table, entry);
}
}
// Do not set *referrer = nil. objc_storeWeak() requires that the
// value not change.
}
复制代码
weak_unregister_no_lock用来移除弱引用信息，具体实现以下：
- 查询
weak_table，判断弱引用表中是否已经保存有与对象相关联的弱引用信息； - 若是有，则调用
remove_referrer方法移除相关联的弱引用信息；接着判断存储数组是否为空，若是为空，则调用weak_entry_remove移除entry容器。
objc_destroyWeak函数调用栈以下：
// NSObject.mm
① objc_destroyWeak
② storeWeak
复制代码
objc_destroyWeak
/** * Destroys the relationship between a weak pointer * and the object it is referencing in the internal weak * table. If the weak pointer is not referencing anything, * there is no need to edit the weak table. * * This function IS NOT thread-safe with respect to concurrent * modifications to the weak variable. (Concurrent weak clear is safe.) * * @param location The weak pointer address. */
void
objc_destroyWeak(id *location)
{
(void)storeWeak<DoHaveOld, DontHaveNew, DontCrashIfDeallocating>
(location, nil);
}
复制代码
objc_initWeak和objc_destroyWeak函数中都调用了storeWeak，可是传的参数不一样。
objc_initWeak将对象地址传入，且DontHaveOld、DoHaveNew、DoCrashIfDeallocating；objc_destroyWeak将nil传入，且DoHaveOld、DontHaveNew、DontCrashIfDeallocating。
storeWeak函数把参数二的赋值的对象地址做为key，把参数一的附有__weak修饰符的变量的地址注册到weak表中。若是参数二为nil，则把变量的地址从weak表中删除。
小结： 添加
weak。一个被标记为
__weak的指针，在通过编译以后会调用objc_initWeak函数，objc_initWeak函数中初始化weak变量后调用storeWeak。添加weak的过程以下：通过一系列的函数调用栈，最终在
weak_register_no_lock()函数当中，进行弱引用变量的添加，具体添加的位置是经过哈希算法来查找的。若是对应位置已经存在当前对象的弱引用表（数组），那就把弱引用变量添加进去；若是不存在的话，就建立一个弱引用表，而后将弱引用变量添加进去。
总结
以上就是内存管理方法的具体实现，接下来作个小总结：
| 内存管理方法 | 具体实现 |
|---|---|
| alloc | 通过一系列的函数调用栈，最终经过调用 C 函数calloc来申请内存空间，并初始化对象的isa，但并无设置对象的引用计数值为 1。 |
| init | 基类的init方法啥都没干，只是将alloc建立的对象返回。咱们能够重写init方法来对alloc建立的实例作一些初始化操做。 |
| new | new方法很简单，只是嵌套了alloc和init。 |
| copy、mutableCopy | 调用了copyWithZone和mutableCopyWithZone方法。 |
| retainCount | ① 若是isa不是nonpointer，引用计数值 = SideTable中的引用计数表中存储的值 + 1；② 若是 isa是nonpointer，引用计数值 = isa中的extra_rc存储的值 + 1 +SideTable中的引用计数表中存储的值。 |
| retain | ① 若是isa不是nonpointer，就对Sidetable中的引用计数进行 +1；② 若是 isa是nonpointer，就将isa中的extra_rc存储的引用计数进行 +1，若是溢出，就将extra_rc中RC_HALF（extra_rc满值的一半）个引用计数转移到sidetable中存储。 |
| release | ① 若是isa不是nonpointer ，就对Sidetable中的引用计数进行 -1，若是引用计数 =0，就dealloc对象；② 若是 isa是nonpointer，就将isa中的extra_rc存储的引用计数进行 -1。若是下溢，即extra_rc中的引用计数已经为 0，判断has_sidetable_rc是否为true便是否有使用Sidetable存储。若是有的话就申请从Sidetable中申请RC_HALF个引用计数转移到extra_rc中存储，若是不足RC_HALF就有多少申请多少，而后将Sidetable中的引用计数值减去RC_HALF（或是小于RC_HALF的实际值），将实际申请到的引用计数值 -1 后存储到extra_rc中。若是extra_rc中引用计数为 0 且has_sidetable_rc为false或者Sidetable中的引用计数也为 0 了，那就dealloc对象。 |
| dealloc | ① 判断销毁对象前有没有须要处理的东西（如弱引用、关联对象、C++的析构函数、SideTabel的引用计数表等等）；② 若是没有就直接调用 free函数销毁对象；③ 若是有就先调用 object_dispose作一些释放对象前的处理（置弱引用指针置为nil、移除关联对象、object_cxxDestruct、在SideTabel的引用计数表中擦出引用计数等等），再用free函数销毁对象。 |
清除weak，weak指针置为nil的过程 |
当一个对象被销毁时，在dealloc方法内部通过一系列的函数调用栈，经过两次哈希查找，第一次根据对象的地址找到它所在的Sidetable，第二次根据对象的地址在Sidetable的weak_table中找到它的弱引用表。遍历弱引用数组，将指向对象的地址的weak变量全都置为nil。 |
添加weak |
通过一系列的函数调用栈，最终在weak_register_no_lock()函数当中，进行弱引用变量的添加，具体添加的位置是经过哈希算法来查找的。若是对应位置已经存在当前对象的弱引用表（数组），那就把弱引用变量添加进去；若是不存在的话，就建立一个弱引用表，而后将弱引用变量添加进去。 |
建议你们本身经过objc4源码看一遍，这样印象会更深一些。另外本篇文章的源码分析并无分析得很细节，若是你们感兴趣能够本身研究一遍，刨根问底当然是好。若是之后有时间，我会再具体分析并更新本文章。
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