iOS 自动释放池autoreleasepool(一)

前言

在前面几篇文章，说了关于OC中的内存布局、内存管理方案、以及MRC状况下的retainCount、retain、release，可是MRC也已是过去式了，此次来讲说ARC。 从MRC到ARC的变化 就取决于@autoreleasepool。

@autoreleasepool 自动释放池： 管理内存的池，把不须要的对象放在自动释放池中，自动释放(延迟释放)这个池子内的对象。

@autoreleasepool的应用场景:

1. 存在大量临时变量的时候
2. 非UI操做，如：命令行
3. 本身建立辅助线程

从哪开始

AutoreleasePool建立和释放

咱们能够在工程中随便找个地方打个断点 po [NSRunLoop currentRunLoop]

• App启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
• 第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 建立自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证建立释放池发生在其余全部回调以前。
• 第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并建立新池；Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其余全部回调以后。
• 在主线程执行的代码，一般是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 建立好的 AutoreleasePool 环绕着，因此不会出现内存泄漏，开发者也没必要显示建立 Pool 了。

也就是说AutoreleasePool建立是在一个RunLoop事件开始以前(push)，AutoreleasePool释放是在一个RunLoop事件即将结束以前(pop)。 AutoreleasePool里的Autorelease对象的加入是在RunLoop事件中，AutoreleasePool里的Autorelease对象的释放是在AutoreleasePool释放时。 以上内容参考自这位老哥

查看@autoreleasepool{ }编译成C++代码

使用编译器clang编译main.m转化成main.cpp文件（在终端：clang -rewrite-objc main.m）

$ cd main.m所在文件夹

$ clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

会在原有路径下生成一个main.cpp，点开以后咱们能够找到以下代码：

可知：main函数在c++中被编译成了上图中的模样，核心重点一看就知道是这个 __AtAutoreleasePool，在当前代码直接搜索，很容易就能找到下面这些代码

注意：这里的~是C++的析构函数(destructor) 与构造函数相反，当对象脱离其做用域时（例如对象所在的函数已调用完毕），系统自动执行析构函数。

从上图咱们能够找到两个东西，从名字也很浅显，一个进池子一个出池子
objc_autoreleasePoolPush
objc_autoreleasePoolPop
结合上面的注意点，我以为能够先这么总结一下

@autoreleasepool，就是把在它做用域(就是"{}")中的代码，先push进去，而后等这些代码都干完活了，再把他们pop出去。

走进源码

咱们先看一下这个 objc_autoreleasePoolPush

void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
复制代码

这里出现了一个AutoreleasePoolPage，且语法是C++的语法。咱们这里先看看这个AutoreleasePoolPage是何方神圣。

AutoreleasePoolPage

咱们先看看变量声明

class AutoreleasePoolPage 
{
# define EMPTY_POOL_PLACEHOLDER ((id*)1)
# define POOL_BOUNDARY nil
    static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;
    static uint8_t const SCRIBBLE = 0xA3;  // 0xA3A3A3A3 after releasing
    static size_t const SIZE = 
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
        PAGE_MAX_SIZE;  // must be multiple of vm page size
#else
        PAGE_MAX_SIZE;  // 4096字节 size and alignment, power of 2
#endif
    static size_t const COUNT = SIZE / sizeof(id);

    magic_t const magic; // 4*4字节 用来校验 AutoreleasePoolPage 的结构是否完整；
    id *next; // 8字节 指向最新添加的 autoreleased 对象的下一个位置，初始化时指向 begin() ；
    pthread_t const thread; // 8字节 指向当前线程；
    AutoreleasePoolPage * const parent; // 8字节，指向父结点，第一个结点的 parent 值为 nil ；双向链表上一个节点
    AutoreleasePoolPage *child; //8字节, 指向子结点，最后一个结点的 child 值为 nil ；双向链表下一个节点
    uint32_t const depth; // 4字节，表明深度，从 0 开始，日后递增 1；
    uint32_t hiwat; // 4字节 ， 表明 high water mark 。
    //这几个加起来是56字节  
    ...
}
复制代码

由上图能够看到AutoreleasePoolPage的大小为4096字节，其中自身变量占用56个字节。 这里能够来验证一下。 这里先介绍一下这个函数，这个能够打印当前AutoreleasePool中Page的状态

void
_objc_autoreleasePoolPrint(void); 
复制代码

已知AutoreleasePoolPage size = 4096，自身占用56，那么剩余空间为4096-56=4040。 一个NSObject的大小为8字节，就是说一个AutoreleasePoolPage的剩余空间还能够容纳4040/8=505个NSObject。 因此就来一波这种操做

void
_objc_autoreleasePoolPrint(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        for (int i = 0 ; i<505; i++) {
            NSObject *obj = [[NSObject new]autorelease];
        }
        _objc_autoreleasePoolPrint();
     }
    return 0;
}
复制代码

而后看一下打印信息

中间省略几百个NSObject...

能够看到上面两张图合起来的话，一共出现了2个PAGE。

• 第一个PAGE标记了(full)(cold)第一个词很容易理解，就是满了，第二个词大意就是“凉了”能够理解成不活跃了。
• 第二个PAGE标记了(hot)就是(cold)的反义词咯，那就理解成活跃的意思。 总而言之，就是第一个PAGE满了且被标记成非活跃状态，第二个PAGE没满且是活跃状态。

那么问题来了，按照咱们先前的计算，505个不是应该刚恰好装满一个PAGE吗？这第二页是什么鬼？明显就是多出了一个什么奇怪的东西。 咱们观察一下这三个地址

objc[32613]: [0x102002000] ................ PAGE (full) (cold) objc[32613]: [0x102002038] ################ POOL 0x102002038 objc[32613]: [0x102002040] 0x100f8d780 NSObject

前两个地址的区别就在于一个38，这里是16进制， 因此38在十进制中为 3*16+8 = 56，因此这一系列的#号为变量进入pool的起点 第三个地址就是从38变成了40，38要变成40，在16机制中就是须要38中的8再加上8，让3变成4。 因此就是这 0x102002038 里面的东西在做怪。那这个又是什么呢？ 这里我先贴一下部分代码

id *autoreleaseNoPage(id obj)
    {
        // "No page" could mean no pool has been pushed
        // or an empty placeholder pool has been pushed and has no contents yet
        assert(!hotPage());

        // 翻译：pushExtraBoundary 推入一个额外边界
        bool pushExtraBoundary = false;
        if (haveEmptyPoolPlaceholder()) {
            //当push一个新页或者第一页的时候，在push以前须要先push一个poolboundary(边界)
            pushExtraBoundary = true;
        }
        else if (obj != POOL_BOUNDARY  &&  DebugMissingPools) {
            // 异常状况，抛错
            _objc_inform("MISSING POOLS: (%p) Object %p of class %s "
                         "autoreleased with no pool in place - "
                         "just leaking - break on "
                         "objc_autoreleaseNoPool() to debug", 
                         pthread_self(), (void*)obj, object_getClassName(obj));
            objc_autoreleaseNoPool(obj);
            return nil;
        }
        else if (obj == POOL_BOUNDARY  &&  !DebugPoolAllocation) {
            // We are pushing a pool with no pool in place,
            // and alloc-per-pool debugging was not requested.
            // Install and return the empty pool placeholder.
            return setEmptyPoolPlaceholder();
        }
        // Install the first page.
        AutoreleasePoolPage *page = new AutoreleasePoolPage(nil);
        setHotPage(page);
        
        // Push a boundary on behalf of the previously-placeholder'd pool.
        if (pushExtraBoundary) {  
            page->add(POOL_BOUNDARY);
        }
        
        // Push the requested object or pool.
        return page->add(obj);
    }
复制代码

这里解读一下这段代码 当咱们push一个对象进来时，没有page或者page满了，须要到新的一页的时候，他就会将pushExtraBoundary设置为true，在底下会判断pushExtraBoundary，若是为true，就会先push一个POOL_BOUNDARY进入page中。

因此这个POOL_BOUNDARY就是咱们上文中的“奇怪的东西”，从字面翻译咱们能够理解为这是一个“边界”或者叫“边界符”

总结：

1. autoreleasepool由许许多多的AutoreleasePoolPage组成
2. 当一个AutoreleasePoolPage装满以后，就会建立新的AutoreleasePoolPage，两个Page之间用parent/child互相关联，从而证实双向链表的说法
3. 在AutoreleasePoolPage自身变量的56个字节以后，当push对象进page时，会先push一个边界符进去POOL_BOUNDARY。这个边界符也占8个字节

这里给一张图，能够更好的理解，加深印象

这篇文章先到这里，下一篇autoreleasepool将会解析push跟pop