内存管理总结

作者: 灰溜溜的小王子 | 来源:发表于2020-06-18 00:14 被阅读0次


    一、在 Obj-C 中,如何检测内存泄漏?你知道哪些方式?

    目前我知道的方式有以下几种

    Memory Leaks ,Alloctions ,Analyse, Debug Memory Graph ,MLeaksFinder

    泄露的内存主要有以下两种:

    Laek Memory 这种是忘记 Release 操作所泄露的内存。

    Abandon Memory 这种是循环引用,无法释放掉的内存。

    二、在 MRC 下如何重写属性的 Setter 和 Getter_.md setter

    Setter Getter 重写dealloc


    三、循环引用

    循环引用的实质:多个对象相互之间有强引用,不能释放让系统回收。

    如何解决循环引用?

    1、避免产生循环引用,通常是将 strong 引用改为 weak 引用。 比如在修饰属性时用 weak 在 block 内调用对象方法时,使用其弱引用,这里可以使用两个宏

    宏定义  成对出现

    还可以使用__block 来修饰变量 在 MRC 下,__block 不会增加其引用计数,避免了循环引用 在 ARC 下,__block 修饰对象会被强引用,无法避免循环引用,需要手动解除。

    2、在合适时机去手动断开循环引用。 通常我们使用第一种。

    1、代理(delegate)循环引用属于相互循环引用

    delegate 是 iOS 中开发中比较常遇到的循环引用,一般在声明 delegate 的时候都要使用弱引用 weak,或 者 assign,当然怎么选择使用 assign 还是 weak,MRC 的话只能用 assign,在 ARC 的情况下最好使用 weak, 因为 weak 修饰的变量在释放后自动指向 nil,防止野指针存在(assign与weak,它们都是弱引用声明类型,最大的区别在那呢?如果用weak声明的变量在栈中就会自动清空,赋值为nil。如果用assign声明的变量在栈中可能不会自动赋值为nil,就会造成野指针错误!)

    2、NSTimer 循环引用属于相互循环使用

    在控制器内,创建 NSTimer 作为其属性,由于定时器创建后也会强引用该控制器对象,那么该对象和定时 器就相互循环引用了。 如何解决呢? 这里我们可以使用手动断开循环引用: 如果是不重复定时器,在回调方法里将定时器 invalidate 并置为 nil 即可。 如果是重复定时器,在合适的位置将其 invalidate 并置为 nil 即可。https://www.jianshu.com/p/91f860756d76

    3、block 循环引用

    一个简单的例子:

    由于 block 会对 block 中的对象进行持有操作,就相当于持有了其中的对象,而如果此时 block 中的对象又持 有了该 block,则会造成循环引用。 解决方案就是使用__weak 修饰 self 即可

    并不是所有 block 都会造成循环引用。 只有被强引用了的 block 才会产生循环引用 而比如 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{}),[UIView animateWithDuration:1 animations:^{}]这些 系统方法等 或者 block 并不是其属性而是临时变量,即栈 block

    还有一种场景,在 block 执行开始时 self 对象还未被释放,而执行过程中,self 被释放了,由于是用 weak 修饰的,那么 weakSelf 也被释放了,此时在 block 里访问 weakSelf 时,就可能会发生错误(向 nil 对象发消息 并不会崩溃,但也没任何效果)。 对于这种场景,应该在 block 中对 对象使用__strong 修饰,使得在 block 期间对 对象持有,block 执行结束 后,解除其持有。

    强弱共舞也就是这个原理


    四、说一下什么是 悬垂指针?什么是 野指针?

    悬垂指针:指针指向的内存已经被释放了,但是指针还存在,这就是一个 悬垂指针 或者说 迷途指针!

    野指针:没有进行初始化的指针,其实都是 野指针

    五、说一下对 retain,copy,assign,weak,_Unsafe_Unretain 关键字的理解

    Strong 修饰符表示指向并持有该对象,其修饰对象的引用计数会加 1。该对象只要引用计数不为 0 就不会 被销毁。当然可以通过将变量强制赋值 nil 来进行销毁。

    weak 修饰符指向但是并不持有该对象,引用计数也不会加 1。在 Runtime 中对该属性进行了相关操作,无 需处理,可以自动销毁。weak 用来修饰对象,多用于避免循环引用的地方。weak 不可以修饰基本数据类型。weak不会产生野指针问题。因为weak修饰的对象释放后(引用计数器值为0),指针会自动被置nil,之后再向该对象发消息也不会崩溃。 weak是安全的。weak 适用于delegate和block等引用类型,不会导致野指针问题,也不会循环引用,非常安全。

    assign 主要用于修饰基本数据类型, 例如 NSInteger,CGFloat,存储在栈中,内存不用程序员管理。assign 是可以修饰对象的,但是会出现问题。当需要修饰对象类型时,MRC时代使用unsafe_unretained。当然,unsafe_unretained也可能产生野指针,所以它名字是"unsafe_”。assign如果修饰对象,会产生野指针问题;如果修饰基本数据类型则是安全的。修饰的对象释放后,指针不会自动被置空,此时向对象发消息会崩溃。

    注意:assign适用于基本数据类型如int,float,struct等值类型,不适用于引用类型。因为值类型会被放入栈中,遵循先进后出原则,由系统负责管理栈内存。而引用类型会被放入堆中,需要我们自己手动管理内存或通过ARC管理。

    copy 关键字和 strong 类似,copy 多用于修饰有可变类型的不可变对象 NSString,NSArray,NSDictionary 上。

    __unsafe_unretain 类似于 weak ,但是当对象被释放后,指针已然保存着之前的地址,被释放后的地址变 为 僵尸对象,访问被释放的地址就会出问题,所以说他是不安全的。

    五、是否了解 深拷贝 和 浅拷贝 的概念,集合类深拷贝如何实现

    1、对不可变的非集合对象,copy 是指针拷贝,mutablecopy 是内容拷贝

    2、对于可变的非集合对象,copy,mutablecopy 都是内容拷贝

    3、对不可变的数组、字典、集合等集合类对象,copy 是指针拷贝,mutablecopy 是内容拷贝

    4、对于可变的数组、字典、集合等集合类对象,copy,mutablecopy 都是内容拷贝

    但是,对于集合对象的内容复制仅仅是对对象本身,但是对象的里面的元素还是指针复制。要想复制整个 集合对象,就要用集合深复制的方法,有两种:

    (1)使用 initWithArray:copyItems:方法,将第二个参数设置为 YES 即可 (2)将集合对象进行归档(archive)然后解归档(unarchive):


    六、使用自动引用计数应遵循的原则

    不能使用 retain、release、retainCount、autorelease。

     不可以使用 NSAllocateObject、NSDeallocateObject。 

    必须遵守内存管理方法的命名规则。 

    不需要显示的调用 Dealloc。 

    使用 @autoreleasePool 来代替 NSAutoreleasePool。 

    不可以使用区域 NSZone。 

    对象性变量不可以作为 C 语言的结构体成员。

     显示转换 id 和 void*。

    七、能不能简述一下 Dealloc 的实现机制

    1.Dealloc 调用流程

    1.首先调用 _objc_rootDealloc()

    2.接下来调用 rootDealloc()

    3.这时候会判断是否可以被释放,判断的依据主要有 5 个,判断是否有以上五种情况

    NONPointer_ISA(小对象类型使用的是taggedPointer,直接存储的值,因此不需要释放。)

     weakly_reference(weak类型标志位)

     has_assoc(关联对象标志位)

     has_cxx_dtor(C++标志位)

     has_sidetable_rc(引用计数有没有借用sidetable标志位)

    注意:sidetable有两个重要的成员变量:

              RefcountMap refcnts;          // 对象引用计数相关 map

              weak_table_t weak_table;    // 对象弱引用相关 table

    4-1.如果有以上五中任意一种,将会调用 object_dispose()方法,做下一步的处理。 4-2.如果没有之前五种情况的任意一种,则可以执行释放操作,C 函数的 free()。 5.执行完毕。

    2.object_dispose() 调用流程。

    1.直接调用 objc_destructInstance()。

    2.之后调用 C 函数的 free()。

    3.objc_destructInstance() 调用流程

    1.先判断 hasCxxDtor,如果有 C++ 的相关内容,要调用 object_cxxDestruct() ,销毁 C++ 相关的内容。

    2.再判断 hasAssocitatedObjects,如果有的话,要调用 object_remove_associations(), 销毁关联对象的一系列操作。

    3.然后调用 clearDeallocating()。

    4.执行完毕。

    4.clearDeallocating() 调用流程。

    1.先执行 sideTable_clearDellocating()。

    2.再执行 weak_clear_no_lock,在这一步骤中,会将指向该对象的弱引用指针置为 nil。

    3.接下来执行 table.refcnts.eraser(),从引用计数表中擦除该对象的引用计数。

    4.至此为止,Dealloc 的执行流程结束。

    八、内存中的 5 大区分别是什么?

    栈区(stack):由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其 操作方式类似 于数据结构中的栈。 

    堆区(heap):一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由 OS 回收 。注意它与 数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。 

    全局区(静态区)(static):全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的 全局变量和静态 变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后 由系统释放。

     文字常量区:常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放。

     程序代码区:存放函数体的二进制代码。

    十、内存管理方案

    taggedPointer :存储小对象如 NSNumber。深入理解 Tagged Pointer 

    NONPOINTER_ISA(非指针型的 isa):在 64 位架构下,isa 指针是占 64 比特位的,实际上只有 30 多位 就已经够用了,为了提高利用率,剩余的比特位存储了内存管理的相关数据内容。

    散列表:复杂的数据结构,包括了引用计数表和弱引用表 通过 SideTables()结构来实现的,SideTables()结构下,有很多 SideTable 的数据结构。 而 sideTable 当中包含了自旋锁,引用计数表,弱引用表。 SideTables()实际上是一个哈希表,通过对象的地址来计算该对象的引用计数在哪个 sideTable 中。

    自旋锁:自旋锁是“忙等”的锁。 适用于轻量访问。

    引用计数表和弱引用表实际是一个哈希表,来提高查找效率。

    十一、内存布局

    栈(stack):方法调用,局部变量等,是连续的,高地址往低地址扩展

    堆(heap):通过 alloc 等分配的对象,是离散的,低地址往高地址扩展,需要我们手动控制 

    未初始化数据(bss):未初始化的全局变量等 

    已初始化数据(data):已初始化的全局变量等 

    代码段(text):程序代码

    1.64bit 和 32bit 下 long 和 char 所占字节是不同的

    char:1 字节(ASCII 2 = 256 个字符) 

    char*(即指针变量):4 个字节(32 位的寻址空间是 2,即 32 个 bit,也就是 4 个字节。同理 64 位编译器为 8 个字节)

    short int : 2 个字节 范围 -2~> 2 即 -32768~>32767 

    int: 4 个字节 范围 -2147483648~>2147483647 

    unsigned int : 4 个字节 

    long: 4 个字节 范围 和 int 一样 64 位下 8 个字节,范围 -9223372036854775808~9223372036854775807 

    long long: 8 个字节 范围-9223372036854775808~9223372036854775807 

    unsigned long long: 8 个字节 最大值:1844674407370955161 

    float: 4 个字节 double: 8 个字节

    2、static、const 和 sizeof 关键字

    static 关键字

    答:Static 的用途主要有两个,一是用于修饰存储类型使之成为静态存储类型,二是用于修饰链接属性使之 成为内部链接属性。

          1、静态存储类型:

         在函数内定义的静态局部变量,该变量存在内存的静态区,所以即使该函数运行结束,静态变量的值不会被销毁,函数下次运行时能仍用到这个值。

         在函数外定义的静态变量——静态全局变量,该变量的作用域只能在定义该变量的文件中,不能被其他文 件通过 extern 引用。

         2、内部链接属性

         静态函数只能在声明它的源文件中使用。

    const 关键字:

    1、声明常变量,使得指定的变量不能被修改。 2、修饰函数形参,使得形参在函数内不能被修改,表示输入参数。 3、修饰函数返回值,使得函数的返回值不能被修改。

    sizeof 关键字

    sizeof 是在编译阶段处理,且不能被编译为机器码。sizeof 的结果等于对象或类型所占的内存字节数。sizeof 的返回值类型为 size_t。

    变量:int a; sizeof(a)为 4; 

    指针:int *p; sizeof(p)为 4;

    数组:int b[10]; sizeof(b)为数组的大小,4*10;int c[0]; sizeof(c)等于 0 

    结构体:struct (int a; char ch;)s1; sizeof(s1)为 8 与结构体字节对齐有关。 对结构体求 sizeof 时,有两个原则:注意:不能对结构体中的位域成员使用 sizeof

        1. sizeof(void)等于 1          2.sizeof(void *)等于 4

    十二、讲一下 iOS 内存管理的理解

    实际上是三种方案的结合

    1. TaggedPointer(针对类似于 NSNumber 的小对象类型)

    2. NONPOINTER_ISA(64 位系统下)

    第一位的 0 或 1 代表是纯地址型 isa 指针,还是 NONPOINTER_ISA 指针。

    第二位,代表是否有关联对象 

    第三位代表是否有 C++ 代码。 

    接下来 33 位代表指向的内存地址 

    接下来有 弱引用 的标记 

    接下来有是否 delloc 的标记....等等

    3. 散列表(引用计数表、weak 表)

    SideTables 表在 非嵌入式的 64 位系统中,有 64 张 SideTable 表 

    每一张 SideTable 主要是由三部分组成。自旋锁、引用计数表、弱引用表。 

    全局的 引用计数 之所以不存在同一张表中,是为了避免资源竞争,解决效率的问题。 

    引用计数表 中引入了 分离锁的概念,将一张表分拆成多个部分,对他们分别加锁,可以实现并发操作,提升执行效率

    十三、讲一下 @dynamic 关键字?

    @dynamic 意味着编译器不会帮助我们自动合成 setter 和 getter 方法。我们需要手动实现、这里就涉及到 Runtime 的动态添加方法的知识点。

    十四、简要说一下 @autoreleasePool 的数据结构?

    简单说是双向链表,每张链表头尾相接,有 parent、child 指针

    每创建一个池子,会在首部创建一个 哨兵 对象,作为标记

    最外层池子的顶端会有一个 next 指针。当链表容量满了,就会在链表的顶端,并指向下一张表。

    十五、访问 __weak 修饰的变量,是否已经被注册在了 @autoreleasePool 中?为什 么?

    答案是肯定的,__weak 修饰的变量属于弱引用,如果没有被注册到 @autoreleasePool 中,创建之后也就会 随之销毁,为了延长它的生命周期,必须注册到 @autoreleasePool 中,以延缓释放。

    十六、retain、release 的实现机制?

    1.Retain 的实现机制。 2.Release 的实现机制。

    二者的实现机制类似,概括讲就是通过第一层 hash 算法,找到 指针变量 所对应的 sideTable。然后再通 过一层 hash 算法,找到存储 引用计数 的 size_t,然后对其进行增减操作。retainCount 不是固定的 1, SIZE_TABLE_RC_ONE 是一个宏定义,实际上是一个值为 4 的偏移量。

    十七、MRC(手动引用计数)和 ARC(自动引用计数)

    1、MRC:alloc,retain,release,retainCount,autorelease,dealloc

     2、ARC:ARC 是 LLVM 和 Runtime 协作的结果, ARC 禁止手动调用 retain,release,retainCount,autorelease 关键字 ,ARC 新增 weak,strong 关键字

    3、引用计数管理:

    alloc: 经过一系列函数调用,最终调用了 calloc 函数,这里并没有设置引用计数为 1 

    retain: 经过两次哈希查找,找到其对应引用计数值,然后将引用计数加 1(实际是加偏移量) release:和 retain 相反,经过两次哈希查找,找到其对应引用计数值,然后将引用计数减 1 

    4、弱引用管理:

        添加 weak 变量:通过哈希算法位置查找添加。如果查找对应位置中已经有了当前对象所对应的弱引用 数组,就把新的弱引用变量添加到数组当中;如果没有,就创建一个弱引用数组,并将该弱引用变量 添加到该数组中。 当一个被 weak 修饰的对象被释放后,weak 对象怎么处理的? 清除 weak 变量,同时设置指向为 nil。当对象被 dealloc 释放后,在 dealloc 的内部实现中,会调用 弱引用清除的相关函数,会根据当前对象指针查找弱引用表,找到当前对象所对应的弱引用数组,将 数组中的所有弱引用指针都置为 nil。

    5、自动释放池:

    在当次 runloop 将要结束的时候调用 objc_autoreleasePoolPop,并 push 进来一个新的 AutoreleasePool

    AutoreleasePoolPage 是以栈为结点通过双向链表的形式组合而成,是和线程一一对应的。 内部属性有 parent,child 对应前后两个结点,thread 对应线程 ,next 指针指向栈中下一个可填充的位置。

    AutoreleasePool 实现原理?

    编译器会将 @autoreleasepool {} 改写为:

    objc_autoreleasePoolPush: 把当前 next 位置置为 nil,即哨兵对象,然后 next 指针指向下一个可入栈位置, AutoreleasePool 的多层嵌套,即每次 objc_autoreleasePoolPush,实际上是不断地向栈中插入哨兵对象。 

    objc_autoreleasePoolPop:根据传入的哨兵对象找到对应位置。 给上次 push 操作之后添加的对象依次发送 release 消息。 回退 next 指针到正确的位置。

    十八、BAD_ACCESS 在什么情况下出现?

    访问了已经被销毁的内存空间,就会报出这个错误。 根本原因是有 悬垂指针 没有被释放。

    空指针:指针指向的地址为空的指针叫空指针(NULL指针)

    野指针:是指向“垃圾”内存(不可用内存)的指针。产生原因:指针创建时未初始化。指针变量刚被创建时不会自动成为NULL指针,它会随机指向一个内存地址。

    悬垂指针:指针所指向的对象已经被释放或者回收了,但是指向该对象的指针没有作任何的修改,仍旧指向已经回收的内存地址。 此类指针称为垂悬指针。

    十九、autoReleasePool 什么时候释放?

    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() 创 建自动释放池。其 order 是 -2147483647,优先级最高,保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

     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 创 建 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他所有回调之后。

    二十、ARC 自动内存管理的原则

    自己生成的对象,自己持有

    非自己生成的对象,自己可以持 

    自己持有的对象不再需要时,需要对其进行释放

    非自己持有的对象无法释放

    二十一、ARC 在运行时做了哪些工作?

           主要是指 weak 关键字。weak 修饰的变量能够在引用计数为 0 时被自动设置成 nil,显然是有运 行时逻辑在工作的。 为了保证向后兼容性,ARC 在运行时检测到类函数中的 autorelease 后紧跟其后 retain,此时 不直接调用对象的 autorelease 方法,而是改为调用 objc_autoreleaseReturnValue。 objc_autoreleaseReturnValue 会检视当前方法返回之后即将要执行的那段代码,若那段代码 要在返回对象上执行 retain 操作,则设置全局数据结构中的一个标志位,而不执行 autorelease 操作,与之相似,如果方法返回了一个自动释放的对象,而调用方法的代码要保留此对象,那么此时 不直接执行 retain ,而是改为执行 objc_retainAoutoreleasedReturnValue 函数。此函 数要检测刚才提到的标志位,若已经置位,则不执行 retain 操作,设置并检测标志位,要比调用 autorelease 和 retain 更快。

    二十二、ARC 在编译时做了哪些工作

    根据代码执行的上下文语境,在适当的位置插入 retain,release 

    二十三、ARC 的 retainCount 怎么存储的?

    存在 64 张哈希表中,根据哈希算法去查找所在的位置,无需遍历,十分快捷

    散列表(引用计数表、weak 表)

    - SideTables 表在 非嵌入式的 64 位系统中,有 64 张 SideTable 表

    - 每一张 SideTable 主要是由三部分组成。自旋锁、引用计数表、弱引用表。

    - 全局的 引用计数 之所以不存在同一张表中,是为了避免资源竞争,解决效率的问题。

    - 引用计数表 中引入了 分离锁的概念,将一张表分拆成多个部分,对他们分别加锁,可以实现并发操作, 提升执行效率

    引用计数表(哈希表)

    通过指针的地址,查找到引用计数的地址,大大提升查找效率

    通过 DisguisedPtr(objc_object) 函数存储,同时也通过这个函数查找,这样就避免了循环遍历。

    二十四、__weak 属性修饰的变量,如何实现在变量没有强引用后自动置为 nil ?

    用的弱引用 - weak 表。也是一张 哈希表。

    被 weak 修饰的指针变量所指向的地址是 key ,所有指向这块内存地址的指针会被添加在一个数组里, 这个数组是 Value。当内存地址销毁,数组里的所有对象被置为 nil。

    二十五、__weak 和 _Unsafe_Unretain 的区别?

    weak 修饰的指针变量,在指向的内存地址销毁后,会在 Runtime 的机制下,自动置为 nil。

    _Unsafe_Unretain 不会置为 nil,容易出现 悬垂指针,发生崩溃。但是 _Unsafe_Unretain 比 __weak 效率高。

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