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iOS与OS X多线程和内存管理(一)内存管理

iOS与OS X多线程和内存管理(一)内存管理

作者: 丁宝2012 | 来源:发表于2018-08-22 10:43 被阅读227次

    前言

    读完《iOS与OS X多线程和内存管理》有一段时间了,当时是和《Effective Objective-C 2.0 编写高质量iOS与OS X代码的52个有效方法 》一起学习的,个人认为这两本书中有很多相辅相成的东西 ,很适合一起学习,现在有空闲时间,就想把之前粗略的笔记进行一下简单的整理,主要是书中的内容整理和总结,如有理解错误的地方,希望大家指出,我们一起学习和探讨~

    心得

    内存管理的内容建议先阅读《iOS与OS X多线程和内存管理》中的内容,个人认为讲解的很详细和深入,阅读完以后建议配合《Effective Objective-C 2.0 编写高质量iOS与OS X代码的52个有效方法 》中的内存管理再次深入,这只是个人学习上的一点建议,希望对大家有帮助

    内容

    • 自己生成的对象,自己所持有
    • 非自己生成的对象,自己也能持有
    • 不再需要自己持有的对象时释放
    • 非自己持有的对象无法释放
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    cocoa框架中Foundation框架类库中NSObject类来负责内存管理

    一、自己生成的对象,自己所持有

    使用以下名称开头的方法(并且方法名遵守驼峰式拼写法),‘自己生成的对象只有自己持有’;调用该方法的调用者也意味着‘自己生成并持有对象’

    alloc 
    id obj = [[NSObject alloc]init];
    
    new 
    id obj = [NSObject new];
    
    copy
    
    mutableCopy
    
    
    • 方法名命名实例:
    //下列名称也意味着自己生成并持有对象
    allocMyObject
    newThatObject
    copyThis
    mutablCopyYourObject
    //不属于同一类别的方法
    allocated
    newer
    copying
    mutableCopyed
    

    二、非自己生成的对象,自己也能持有

    使用除alloc、new、copy、mutableCopy以外的方法取得的对象,因为非自己生成并持有,所以自己不是该对象的持有者,但是可以通过retain方法取得对象的持有权

    id obj = [NSMutableArray array];//取得的对象存在,但自己不持有对象
    [obj retain];//取得对象的持有权
    

    三、不再需要自己持有的对象时释放

    注:自己持有的对象,一旦不再需要,持有者有义务释放该对象,释放使用release方法

    取得对象的持有权方式(包含释放):

    /*
     * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等方法‘自己生成并持有对象’
     */
    
     id obj = [[NSObject alloc] init];//自己持有对象
    [obj release];  //释放对象 
    
    
    /*
     * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等开头的自定义方法‘自己生成并持有对象’
     */
    
    -(id)allocObject{
         id obj = [[NSObject alloc] init];//自己持有对象
        return obj;
    }
    
    //取得非自己生成并持有对象
     id obj1 = [obj0 allocObject];//因为allocObject符合命名规则,所以意味着‘自己生成并持有对象’
    [obj release]; //释放对象 
    
    /*
     * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等方法以外的方法‘取得非自己生成并持有对象’
     */
     id obj = [NSMutableArray array];//取得的对象存在,但自己不持有对象
    [obj retain];//通过retain方法,自己持有对象  
    [obj release]; //释放对象 
    
    /*
     * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等开头以外的自定义方法‘取得非自己生成并持有对象’
     */
    -(id)object{
         id obj = [[NSObject alloc] init];//自己持有对象
        [obj autorelease];//取得的对象存在,但自己不持有对象,使用NSMutableArray类的array类方法等可以取得谁都不持有的对象,同时通过‘autorelease实现的’
        return obj;
    }
    
     id obj1 = [obj0 object];//因为object不符合命名规则,所以意味着‘取得的对象存在,但自己不持有对象’
    [obj1 retain];//也能通过retain方法将调用autorelease方法取得的对象变为自己持有;  
    [obj release];  //释放对象 
    

    四、非自己持有的对象无法释放

    可以并需要释放对象的情况

    • 用alloc/new/copy/mutableCopy方法生成并持有的对象
    • 用retain方法持有的对象

    不可以释放对象的情况

    • 自己生成并持有对象后,在释放完不再需要的对象后再次释放
       id obj = [[NSObject alloc] init];
      [obj release];
      [obj release];
    
    • 取得的对象存在,但自己不持有的情况下释放对象
      id obj1 = [obj0 object]
      [obj1 release];
    

    五、allco/new/copy/mutableCopy实现

    alloc

    id obj =[NSObject alloc]
    /*
    * alloc方法实现
    * 通过allocWithZone:类方法调用NSAllocateObject函数分配了对象
    * NSAllocateObject函数通过调用NSZoneMalloc函数来分配存放对象所需的内存空间,之后将内存空间置0,最后返回作为对象而使用的指针
    * 执行alloc后对象的retainCount=1(不考虑其他因素,只执行alloc后通过[obj retainCount]方法获取的值)
    */
    +(id)alloc{
       return [self allocWithZone : NSDfaultMallocZone()];
    }
    +(id) allocWithZone:(NSZone *)z{
     return NSAllocateObject(self , 0 ,z);
    }
    
    

    疑惑点
    1、 NSAllocateObject函数通过调用NSZoneMalloc函数来分配存放对象所需的内存空间,之后将内存空间置0,最后返回作为对象而使用的指针

    • 为什么要内存空间置0 ?
      • 答:分配存放对象A所需的内存空间,可能之前属于对象B并且存放很多B的东西,现在分配给A后,要将内存空间置0,防止野指针产生。
    • 知识点扩充:
      • 产生野指针的成因:
        • 1、指针变量未初始化
        • 2、指针释放后之后未置空
        • 3、指针操作超越变量作用域

    总结

    • a、 在objective-C的对象中存有引用计数这一整数值
    • b、调用alloc或是retain方法后,引用计数值加1
    • c、调用release后,引用计数值减1
    • d、引用计数值为0时,调用dealloc方法废弃对象
    • e、苹果采用散列表(引用计数表)来管理引用计数


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    • f、引用计数表各记录中存有内存块地址,可以从各个记录追溯到各对象的内存块
      • f-a、有助于调试,即使出现故障导致对象占有的内存块损坏,只要引用计数表没有被破坏,就可以确认各内存块的位置,另外在利用工具检测内存泄露时,引用计数表的各记录有助于检测各对象的持有者是否存在


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    六、autorelease

    • autorelease会像C语言的自动变量那样对待对象实例,当超出其作用域(NSAutoreleasePool对象的生存周期)时,对象实例的release实例方法会被调用,另外编程人员可设定变量的作用域

    • autorelease的具体使用方法:

      • (1)生成并持有NSAutoreleasePool对象
      • (2)调用已有分配对象的autorelesae实例方法
      • (3)废弃NSAutoreleasePool对象
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    • 所有调用autorelease实例方法的对象,在废弃NSAutoreleasePool对象时,都将调用release实例方法(只要不废弃NSAutoreleasePool对象,那么生成的对象就不能被释放)
      NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc]init];
      id obj = [[NSObject alloc]init];
      [obj release];
      [pool drain];//废弃NSAutoreleasePool对象,相当于 [obj release];
    
    • 程序主循环的NSRunLoop或者在其他程序可运行的地方,对NSAutoreleasePool对象进行生成、持有、废弃处理


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    • autorelease如何实现

    /*
    * autorelease实例方法的本质就是调用NSAutoreleasePool对象的addObject类方法
    * addObject类方法调用正在使用的NSAutoreleasePool对象的addObject实例方法(如果嵌套生成或持有NSAutoreleasePool对象,使用最内侧的对象)
    * 调用NSObject类的autorelease实例方法,该对象将被追加到正在使用的NSAutoreleasePool对象中的数组中
    */
      [obj autorelease];
      
    -(id)autorelease{
      [NSAutorelesaePool addObject:self];
    }
    
    // addObject类方法:
    +(id)addObject:(id) anObj{
      NSAutorelesaePool *pool = 取得正在使用的NSAutorelesaePool对象;
      if(pool != nil){
          [pool addObject:anObj];
      }else{
         //NSAutorelesaePool对象非存在状态下调用autorelease;
      }
    }
    
     //NSAutoreleasePool对象的addObject实例方法
    -(id)addObject:(id)anObj{
       [array addObject: anObj]  ;
     }
    
    //通过drain实例方法废弃正在使用的NSAutoreleasePool对象过程(数组中所有的对象都调用了release实例方法)
    -(void)drain{
        [self dealloc];
    }
    -(void)dealloc{
        [self emptyPool];
        [array release];
    }
    -(void) emptyPool{
        for(id obj in array){
            [obj release];
      }
    }
    
    

    总结

    • 在Cocoa框架中有很多类方法用于返回autorelease的对象(例如:NSMutableArray类中的arrayWithCapacity类方法)
      id array = [NAMutableArray arrayWithCapacity:1];
      //等同与以下代码
      id array =[[[NAMutableArray alloc] initWithCapacity:1] autorelease] ;
    
    • 可通过NSAutoreleasePool类中的非公开类方法showPools来确认已被autorelease的对象的状况(该函数在检查某对象是否被自动release时非常有用)
      [NSAutorelease showPools];
    
    • 对象的autorelease实例方法,实现上是调用的都是NSObject类的autorelease实例方法

    七、ARC规则

    • 设置ARC是否有效
      • -fno-objc-arc 无效
      • -fobjc-arc 有效(默认)

    所有权修饰符

    • OC编程中为了处理对象,可将变量类型定义为id类型或各种对象类型

      • 对象类型:就是指向NSObject这样的OC类的指针,例如NSObject *
      • id类型:用于隐藏对象类型的类名部分
      • ARC有效时,id类型和对象类型上必须附加所有权修饰符
    • 所有权修饰符

      • _strong修饰符
      • _weak修饰符
      • _unsafe_unretained修饰符
      • _autoreleaseing修饰符

    _strong修饰符

    • _strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符
    id obj = [[NSObject alloc] init];
    //等价于
    id _strong obj = [[NSObject alloc] init];
    
    • 源代码ARC无效时情况
    /*
    * 情况一
    */
    id obj = [[NSObject alloc] init];
    //等价于
    id obj = [[NSObject alloc] init];//ARC无效时
    
    /*
    * 情况二
    */
    id _strong obj = [[NSObject alloc] init];
    //等价于
    id obj = [[NSObject alloc] init];
    [obj release];//为了释放生成并持有的对象,增加调用了release方法
    
    • _strong修饰符表示对对象的‘强引用’,附有_strong修饰符的变量obj在超出其变量的作用域时,即在该被变量被废弃时,随着强引用的失效,引用的对象会随之释放
    • _strong修饰符的变量,不仅只在变量的作用域中,在赋值上也可以管理其对象的所有者
    //obj0持有对象A的强引用
    id obj0 = [[NSObject alloc] init];/*对象A*/
    //obj1持有对象B的强引用
    id obj1 = [[NSObject alloc] init];/*对象B*/
    /*
    * obj0持有由obj1赋值的对象B的强引用
    * 因为obj0被赋值,所以原先持有的对对象A的强引用失效
    * 对象A的持有者不存在,因此废弃对象A
    * 此时持有对象B的强引用的变量为obj0 和obj1
    */
    obj0 = obj1;
    
    
    • _strong _weak _autorelease修饰符,可以保证将附有这些修饰符的自动变量初始化为nil
    • 通过_strong修饰符,不必再次键入retain和release
    • 只要通过对带有_strong修饰符的变量赋值就可达成‘自己生成的对象,自己持有’和‘非自己生成的对象,自己也能持有’
    • 通过废弃带_strong修饰符的变量(变量作用域结束、成员变量所属对象废弃)或者对变量赋值,都可达到‘不在需要自己持有的对象时释放’

    _weak修饰符

    • 循环引用:就是应当废弃的对象在超出其生命周期后继续存在,循环引用容易发生内存泄露
    {
    //test0持有Test对象A的强引用
    id test0 =[[Test alloc] init];/*对象A*/
    //test1持有Test对象B的强引用
    id test1 =[[Test alloc] init];/*对象A*/
    /*
    * Test对象A的obj_成员变量持有Test对象B的强引用
    * 此时持有Test对象B的强引用变量为test1、Test对象A的obj_
    */
    [test0 setObject: test1];
    
    /*
    * Test对象B的obj_成员变量持有Test对象A的强引用
    * 此时持有Test对象A的强引用变量为test0、Test对象B的obj_
    */
    [test1 setObject: test0];
    }
    /*
    * 因为test0变量超出其作用域,强引用失效,自动释放Test对象A
    * 因为test1变量超出其作用域,强引用失效,自动释放Test对象B
    * 此时持有Test对象B的强引用变量为Test对象A的obj_
    * 此时持有Test对象A的强引用变量为Test对象B的obj_
    * 内存泄露
    */
    
    
    • _weak修饰符于_strong修饰符相反,提供弱引用,弱引用不能持有对象实例
    • 将自己生成并持有的对象赋值为附有_weak修饰符的变量,因为弱引用不能持有对象,在超出其变量的作用域时,对象就没有了持有者,所以废弃该对象
    • _weak修饰符,在持有某对象的弱引用时,若该对象被废弃,则此弱引用将自动失效且处于nil被赋值的状态
    • _weak修饰符可避免循环引用,通过检查 _weak修饰符的变量是否为nil,可以判断被赋值的对象是否已废弃

    _unsafe_unretained修饰符

    • 尽管ARC式的内存管理时编译器的工作,但附有_unsafe_unretained修饰符的变量不属于编译器内存管理对象

    _autorelease修饰符

    • ARC有效时不能使用autorelease方法,也不能使用NSAutoreleasePool类
    • ARC有效时,通过将对象赋值给附有_autorelease修饰符的变量来代替调用autorelease方法,将对象注册到autoreleasepool
    • 非显示使用_autorelease修饰符
      • 编译器检查方法名是否已alloc/new/copy/mutableCopy开始,如果不是则自动将返回值的对象注册到autoreleasepool(init方法返回值的对象不注册到autoreleasepool)
      • 在使用_weak修饰符的变量时就必然要使用注册到autoreleasepool中的对象
      • id的指针或对象的指针在没有显示指定时会被附加_autorelease修饰符(id * 类型 默认为‘id _autorelease ’* 类型)
    • 赋值给对象指针时,所有权修饰符必须一致
    • NSRunLOop等实现无论ARC有效还是无效,均能随时释放注册到main函数中autoreleasepool中的对象
    ARC规则
    • 不能使用retain/release/retainCount/autorelease
    • 不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject
    • 必须遵守内存管理的命名规则
    • 不能显示调用dealloc
    • 使用@autorelease块代替NSAutoreleasePool
    • 不能使用区域(NSZone)
    • 对象型变量不能作为C语言结构体(struct/union)的成员
    • 显示转化‘id’和‘void’

    1、不能使用retain/release/retainCount/autorelease

    • 设置ARC有效时,禁止再次键入retain/release代码
    • retainCount获取的值不准确 ,不建议使用

    2、不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject

    • 会引起编译错误(同retain/release)

    3、必须遵守内存管理的命名规则

    • ARC有效时追加一天命名规则init(驼峰式)
      • 已init开头的方法,该方法必须时‘实例方法’
      • 并且必须要返回对象
      • 返回的对象应为id类型或该方法声明的对象类型,抑或是该类的超类型或子类型
      • 返回对象并不注册到autoreleasepool上
      • 基本上只是对alloc方法返回的对象进行初始化处理并返回该对象

    4、不能显示调用dealloc

    • 无论ARC是否有效,只要对象的所有者都不持有该歇对象,该对象就被废弃,对象废弃,不管ARC是否有效,都会调用dealloc方法
    • ARC有效不能显示调用dealloc
    //ARC无效时
    -(void)dealloc{
        [super dealloc];
    }
    //ARC有效时(ARC会自动处理,ARC有效不能显示调用dealloc所以不必书写 [super dealloc])
    -(void)dealloc{
     
    }
    
    • dealloc方法在大多数情况下还适用于删除已注册的代理或者观察者对象
    -(void)dealloc{
       [ [NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];
    }
    

    八、属性

    • 当ARC有效时,OC类的属性也发生变化
    @property (nonatomic , strong) NSString * name;
    
    F7DC6FC7-543A-4E23-9673-9294EA918EF5.png
    • copy属性不是简单的赋值,它赋值的是通过NSCopying接口的copyWithZone:方法复制的复制源所生成的对象
    • 在声明类成员变量时,如果同属性声明中的属性不一致则会引起编译错误
    /*
    *错误举例
    */
    /声明id型obj成员变量
    id obj;
    
    //定义其属性声明为weak
    @property (nonatomic , weak) id obj;
    
    /*
    *正确举例1
    */
    /声明id型obj成员变量
    id   _weak obj;
    
    //定义其属性声明为weak
    @property (nonatomic , weak) id obj;
    
    
    /*
    *正确举例2
    */
    
    //声明id型obj成员变量
    id  obj;
    
    //定义其属性声明为strong
    @property (nonatomic , strong) id obj;
    
    

    九、数组

    • 除_unsafe_unretained修饰符以外, _strong修饰符、 _weak修饰符、 _autorelease修饰符保证其指定的变量,数组初始化为nil

    十、ARC实现

    _strong修饰符

    • 自己生成并持有对象
      • 通过两次调用objc_msgSend方法(alloc方法、init方法),变量作用域结束时通过调用objc_release释放对象
    • 非自己生成,自己持有对象
      • objc_retainAutoreleasedReturnValue函数:自己持有对象函数(持有的对象应为返回注册在autoreleasepool中的对象方法或函数返回值)


        CFA44A73-0A3C-4428-A455-2E0419676574.png

    _weak修饰符

    • 附有_weak修饰符的变量,通过objc_initWeak函数初始化,将对象赋值给该变量,会将对象的作为参数调用objc_storeWeak函数,objc_storeWeak函数将对象的地址作为键值,对应变量的地址注册到weak表中,并且一个对象可同时赋值给多个_weak修饰的变量,所以一个键值,可以注册多个变量地址,对象释放时时最后调用的objc_clear_deallocting函数会从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录,将包含在记录中的所有附有_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值的记录 。

    • 若附有_weakk修饰符的变量所引用的对象被废弃,则将nil赋值给该变量

      • 释放对象时,废弃谁都不持有的对象的同时,有如下操作(详情见《iOS与os x多线程和内存管理》1.4.2 _weak修饰符 p68):
        • 1、objc_release
        • 2、因为引用计数为0,所以执行dealloc
        • 3、_objc_rootDealloc(不知道)
        • 4、objc_dispose(不知道)
        • 5、objc_destructInstance(不知道)
        • 6、objc_clear_deallocting(了解)
      • 对象被废弃时最后调用的objc_clear_deallocting函数操作如下:
        • 1、从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录
        • 2、将包含在记录中的所有附有_weak修饰符变量的地址,赋值为nil
        • 3、从weak表中删除该记录
        • 4、从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录
    • 使用附有_weak修饰符的变量,即是使用注册到autoreleasepool中的对象

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