iOS的内存管理

基本原理

app进程的地址空间被分为代码区，数据区，栈区，堆区，进程开始时mach-o文件会把各部分按需加载到对应的内存空间。

虚拟内存

内存管理器为每个进程都创建了一个虚拟内存空间，并将它们分为大小相同的内存块（即内存分页，4kb），用于物理内存的映射。

注1：iPhone的物理内存6s后2G，对于超大的内存需求，虚拟内存系统会在物理内存紧张时，通过重新映射清理内存，并向app发出警告，要求配合释放内存，否则直接kill（OOM）。

注2：Windows系统的虚拟内存会写入磁盘作为交换文件，用到时读取到物理内存中。

内存申请malloc(size)

在堆上申请连续的内存空间（可能有初始的垃圾数据），并返回指针（失败会返回空指针NULL如空间不足）。内存分配按大小分为nano（nano zone 0-256字节）和tiny，small，large（scalable zone）几种类型，malloc调用时会根据size参数优先给nano zone，不在范围内转交helper zone。在nano zone和scalable zone上分配内存的过程复杂，主要是找一块大小合适的内存，细节略。

calloc = malloc() + memset()，申请并使内存区域初始化为0，性能有优化。

free(*ptr, size)，释放内存空间（而非指针，指针需要手动置nil，否则野指针），和malloc配对使用。

注：其实free后内存不一定会马上回收，而是管理起来整合拼接，下次malloc时从整合的内存释放集list里找。

nano_free

iOS10下的一个内存释放时的系统Crash，猜测可能原因是scalable zone中申请的内存在nano zone中释放。

解决方案：尽量减少大内存的使用。但核心还是防护：更改libsystem_malloc.dylib中，内存管理方法的中分配zone的实现。使用fishhook，将malloc和malloc_zone_malloc常用的内存分配方法指针，指向guard zone方法，创建自己的zone，手动干预分配时的zone选择（没有传入指针的函数直接重定向，传入了指针先通过size判断所属的zone再分发）。

堆栈区

堆heap：内存由程序员分配、释放，地址不连续，空间大，在OC中一般用来对对象的内存管理。

栈stack：编译器自动分配释放，线性结构，连续的内存区域，速度较快，空间小，一般用来管理基础数据类型。

全局区static：存储全局变量和静态变量（int a = 0，初始化区；char *p，未初始化区）。

字符串区：@""的变量或const修饰的常量字符串会存这。

代码区：存放函数体的二进制代码。

注：NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];   //*obj指针在栈内存中，会被系统自动回收；而指针指向的NSObject对象是在堆内存中，需要手动回收。

野指针

指向已经释放或受限制的内存空间（已删除的对象），crash类型表现为BAD_ACCESS。

产生原因：1、指向的内存被free但指针没有置为nil（悬垂指针）；2、指针变量声明时没有初始化；3、超过了变量的作用范围。

定位和解决：1、开发阶段：Xcode提供了Zombie机制，提示出现野指针的类；2、线上防护：给需要加入野指针防护的类，利用关联对象做一个标记，method swizzlingNSObject的dealloc方法，自己做objc_destructInstance并将实例的isa修改为ZombieObject自定义僵尸对象，拦截所有发送给ZombieObject的消息，返回一个空函数，从而实现防护。

注1：并通过objc_setAssociatedObject将原始类名保存在该实例中，把实例缓存起来，接收消息时，返回备援接收者StubObject，然后通过存储的关联对象获取原始类名，统计错误。

注2：自定义僵尸对象达到缓存上限时应调原有的dealloc释放被zombie化的实例（free真正释放内存）

注3：assign修饰的指针变量在对象被销毁后不会置为nil，变成野指针（所以后来改weak了），所以一般修饰非指针变量。

僵尸对象

对象释放后内存还在，可以通过野指针访问到该对象，即僵尸对象。

如何避免：避免野指针（对象释放后指针置nil，weak自动，unsafeunretain看指针作用域）

检测原理：Xcode的Zombie机制，通过hook对象的dealloc方法（__dealloc_zombie），在释放时候：先根据当前类名创建一个_NSZombie_开头的僵尸类（addClass），然后走objc_destructInstance销毁对象，但不走free释放内存（所以无法被重写），最后修改当前对象的isa指针指向生成的僵尸类（setClass）变成僵尸对象，这样该对象收到消息时候，即可打印接收者的信息并抛出异常。

作用：捕获尝试访问坏内存bad_access的调用，在僵尸对象收到消息时，运行期间输出错误日志，定位到野指针所在的类和方法。

注：僵尸对象所在的内存还没有分配给别人时，对象数据还在野指针访问没有问题，但分配后就会crash。

内存泄漏

常见原因：循环引用（对象互相持有，引用计数永远不为0），CGImageRef等非OC对象没有release常见场景：Block，Block引用外部变量的时候会强持有，当强持有的对象也持有了Block时，会造成循环引用。delegate（代理属性不要用strong），NSTimer（repeats=YES时如果timer内引用了self如果不invalidate就会内存泄漏）等。

检测：Xcode的Instruments的Leaks和Allocation。

循环引用

FBRetainCycleDetector。原理：有向图中查找环的过程——DFS算法。

alloc

底层会调用allocWithZone方法，内部class_createInstance()，_class_createInstanceFromZone()创建对象，底层使用了calloc()方法分配了符合对象大小的连续内存空间，还初始化了一个isa赋给对象。

new、copy、mutableCopy   

底层原理同上。指针指后都会调用retain，引用计数+1。

注1：new = alloc + init，但alloc的底层使用了zone把关联对象分配到相邻内存，降低了耗时。init其实啥都没做，工厂范式。

注2：copy不可变下是浅拷贝，对可变对象是深拷贝且返回不可变对象（NSArray会使用懒拷贝策略，先增加引用计数，内容变化时再真正拷贝）

注3：无论可变不可变，mutableCopy都是深拷贝。

Autorelease

即手动把对象放入AutoreleasePool自动释放池中。当前runloop迭代结束释放，每个RunLoop中都在Entry监听中加入了自动释放池的push，在beforeWaiting的监听中加入了pop。注1：比如viewDidLoad和viewWillAppear是同一个RunLoop，所以局部autorelease变量在花括号结束时自动释放是不准确的。注2：@autoreleasepool {} 可以手动干预释放时机。

dealloc

_objc_rootDealloc(self) 

→ objc_object::rootDealloc()虚函数 

→ isTaggedPointer? NONPointer_ISA? weakly? has_assoc? 析构? has_sidetable_rc?，没有就直接free()

→ object_dispose(this); 

→ objc_destructInstance(obj)销毁了内存实例，并析构：obj->clearDeallocating()清理关联对象、清除weak引用、清除多余的retain count 

→free(obj)释放内存空间。

注：bool assoc = obj->hasAssociatedObjects() + if (assoc) _object_remove_assocations(obj)清理关联对象。

相关问答

什么是虚拟内存和内存缺页

每个进程启动时，内存管理器都会创建一个虚拟内存空间（分页），用于与物理内存的映射，mach-o的加载过程会把各部分按需加载到虚拟内存中。

内存缺页（page fault）：当访问虚拟内存的逻辑空间地址，在物理内存中不存在时，会中断当前程序并在物理内存中重新找一个可用的page。

内存对齐的规则和原因

原因：平台移植问题(要求从规定的地址处开始读取内存)；性能问题(没对齐的要访问两次，对齐的只用访问一次)

规则：内存占用必须是2的整数倍，int占0-3，寄存器中的下一个变量就需要从4开始，且结构体大小为最大成员的整数倍。所以结构体大小还会跟变量加入寄存器的顺序有关。

堆和栈区的区别，静态区主要存放哪些数据

栈上的内存由编译器自动分配，内存连续速度快，空间小，一般用来管理如指针整型等，基础数据类型；堆由程序员管理，内存不连续空间大；静态区主要存放static修饰的静态变量或全局变量。

栈内存出作用域释放；堆内存malloc创建free释放；OC对象靠引用计数

野指针产生的原因和常见场景，如何检测和防护

指针指向对象已经释放（受限制）的内存区域，如对象已经释放指针没有置为nil。常见场景如：使用assign（不会像weak一样把指针置nil），以及未用weak修饰的delegate，委托者持有的代理对象已经释放，但指针没有置nil。

野指针的产生不一定会造成影响，只有当通过野指针访问的内存被再次分配后才会出现问题，所以检测和防护的基本原理，应该是把给僵尸对象发送的消息转发到自定义的僵尸类，做处理和上报。

Xcode的Zombie机制是hook了对象的dealloc方法，释放时只析构对象，不释放内存，并把实例的isa指针指向自定义的僵尸类变成僵尸对象，并把原始类信息保存在该实例中，在僵尸类收到消息时可以打印原始类的信息，并抛出异常。

常见的内存泄露有哪些，列举几个场景

大部分是循环引用，部分是非OC对象如CGImageRef没有释放。

如：在实例对象持有的Block中捕获了实例对象并强持有；开启了循环的Timer强持有Target而没有invalidate；strong修饰的delegate强引用代理对象。

对象的dealloc过程是怎样的

首先判断isTaggedPointer标记，是否开启小内存对象的指针优化；否，判断是否符合直接析构的条件(nonpointer，weak，关联对象，引用计数是否存在isa中等)；否，调用object_dispose(objc_destructInstance释放实例，free()释放内存)。

objc_destructInstance的过程：析构器object_cxxDestruct清除成员变量；object_remove_associations清除关联对象；clearDeallocating清理weak指针和多余的引用计数。

copy和mutableCopy的区别

不可变对象的copy是浅拷贝（指针拷贝），可变对象是深拷贝且会变成不可变对象；mutableCopy都是深拷贝，不可变会变可变。

fishhook的原理和应用

基于mach-o加载动态链接库加载指令的原理，hook外部c函数实现自定义malloc方法，解决iOS10下scalable下申请的内存在nano_free释放的闪退问题。