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iOS 底层 - 内存管理之自动释放池与RunLoop

iOS 底层 - 内存管理之自动释放池与RunLoop

作者: 水中的蓝天 | 来源:发表于2020-04-18 16:22 被阅读0次

    本文源自本人的学习记录整理与理解,其中参考阅读了部分优秀的博客和书籍,尽量以通俗简单的语句转述。引用到的地方如有遗漏或未能一一列举原文出处还望见谅与指出,另文章内容如有不妥之处还望指教,万分感谢 !

    缘分一道桥.png

    自动释放池是什么嘞 ?

    自动释放池:即@autoreleasepool,通过AutoreleasePoolPage来管理调用了autorelease方法的对象,把该对象在合适的时机释放掉,这就是自动释放池

    自动释放池的主要底层数据结构是:__AtAutoreleasePoolAutoreleasePoolPage

    release 和 drain的区别

    当我们向自动释放池 pool 发送 release 消息,将会向池中临时对象发送一条 release 消息,并且自身也会被销毁。
    向它发送drain消息时,将会向池中临时对象发送一条release消息。
    官方解释
    release:释放并且出栈接收者。(ARC)
    drain:清空自动释放池

    • 原理:

    define POOL_BOUNDARY nil ;nil值为0 ,是一个哨兵对象

    • 假设还没有创建AutoreleasePoolPage,从第一个autorelease对象开始

    • 调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈(不是栈空间,而是数据结构中的栈),并且返回POOL_BOUNDARY存储的内存地址

    • 调用push方法开始存放第一个autorelease对象的地址,返回存储的地址

    • 调用pop方法时传入一个POOLBOUNDARY的内存地址,会从最后一个入栈的对象开始发送release消息,直到遇到这个POOL_BOUNDARY

    • id *next 是查询指针,指向下一个可以用来存放autorelease对象地址的区域,

    POOL_BOUNDARY是一个标记,代表一个自动释放池和另一个自动释放池的边界,所以存取都需要

    @autoreleasepool 最终会在大括号的开始和结束生成以下两行代码:

    @autoreleasepool {
                          //添加
                         atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
    
                          实现了autorelease的对象
    
                         //推出
                        objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
              }
    

    直观的代码逻辑展示

     @autoreleasepool {
          atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
            
             @autoreleasepool {
                    atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
            
                        @autoreleasepool {
                                    atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
    
                                        for (   循环  )   {  
                                                @autoreleasepool ........
                                              }
    
                                 objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
                              }
    
                  objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
           }
           objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
        }
    
    

    从runtime源码中找实现

    void *
    objc_autoreleasePoolPush(void)
    {
        return AutoreleasePoolPage::push();
    }
    
    NEVER_INLINE
    void
    objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
    {
        AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
    }
    
    

    push()

    
     id *autoreleaseNewPage(id obj)
        {
            //创建
            AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
            //把需要加入的对象添加(page->add(obj))进来
            if (page) return autoreleaseFullPage(obj, page);
            else return autoreleaseNoPage(obj);
        }
    
     static inline void *push() 
        {
            id *dest;
            if (slowpath(DebugPoolAllocation)) {//当前没有pool page
                // Each autorelease pool starts on a new pool page.
                //传入POOL_BOUNDARY,新创建一个pool page并把obj地址添加进去
                dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
            } else {//直接传入POOL_BOUNDARY,并把obj地址添加进去
                dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
            }
            ASSERT(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
            return dest;
        }
    

    pop()

    static inline void
        pop(void *token)//token:POOL_BOUNDARY的地址
        {
            AutoreleasePoolPage *page;
            id *stop;
            if (token == (void*)EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) {
                // Popping the top-level placeholder pool.
                拿到当前页释放池
                page = hotPage();
                if (!page) {
                    // Pool was never used. Clear the placeholder.
                    return setHotPage(nil);
                }
                // Pool was used. Pop its contents normally.
                // Pool pages remain allocated for re-use as usual.
                拿到上一页释放池
                page = coldPage();
                获取第一个存储位
                token = page->begin();
            } else {
                传入POOL_BOUNDARY的地址,找到page
                page = pageForPointer(token);
            }
            
            停止位
            stop = (id *)token;
            if (*stop != POOL_BOUNDARY) {
                if (stop == page->begin()  &&  !page->parent) {
                    // Start of coldest page may correctly not be POOL_BOUNDARY:
                    // 1. top-level pool is popped, leaving the cold page in place
                    // 2. an object is autoreleased with no pool
                } else {
                    // Error. For bincompat purposes this is not 
                    // fatal in executables built with old SDKs.
                    return badPop(token);
                }
            }
    
            if (slowpath(PrintPoolHiwat || DebugPoolAllocation || DebugMissingPools)) {
                return popPageDebug(token, page, stop);
            }
            从最后一个入栈的对象开始发送release消息,直到遇到这个POOL_BOUNDARY返回
            return popPage<false>(token, page, stop);
        }
    
    

    AutoreleasePoolPage结构

    PoolPage结构图.png
    • 每个AutoreleasePoolPage对象占用4096字节内存,除了用来存储它内部成员变量占用56字节外,剩下的空间用来存放autorelease对象的地址
      如果内存不够了,就会再创建一个新的AutoreleasePoolPage对象接着存

    • 所有的AutoreleasePoolPage对象是通过双向链表的形式连接在一起,第一页的上一页是0,最后一页的下一页是0

    双向链表:第一个对象可以通过指针一个一个找到最后一个对象,最后一个对象也可以通过指针一个一个找到第一个对象,这种结构的链表被认为是双向链表;

    缘分一道桥设计思路:

    一条锁链搭建的吊桥,两条粗壮的锁链;假设建造过程是这样的:一条从第一块桥板的左边穿过,一直到最后一块木板到达对岸,另一条从最后一块桥板开始往回穿过,一直到回到第一块桥板的右边;这个过程不就像极了双向链表嘛 😁😁😁😁😁😁😁😁

    双向链表.png

    自动释放池与RunLoop有啥关系 ?

    先看看主线程的Runloop做了什么

    RunLoop活动状态
    
    typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),            ==  1
     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),  == 2
     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), == 4
     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), == 32
     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), == 64
     kCFRunLoopExit = (1UL << 7), == 128
     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
     };
     */
    
    
    /*
    
     kCFRunLoopEntry  push
     
     <CFRunLoopObserver>{
    valid = Yes, 
    activities = 0x1, 活动状态值 0x1  = 1 --> kCFRunLoopEntry
    repeats = Yes, 
    order = -2147483647, 
    callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x103376df2), context = {type = mutable-small, count = 1, values = (t0 : <0x7fd0bf802048>)}
    }
     
     
     kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit
     kCFRunLoopBeforeWaiting pop、push
     kCFRunLoopExit pop
     
     <CFRunLoopObserver>{
    valid = Yes, 
    活动状态值 0xa0 == 160 = 32 + 128 ;  -->  kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit
    activities = 0xa0, 
    repeats = Yes, 
    order = 2147483647, 
    callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x103376df2), context = {type = mutable-small, count = 1, values = (t0 : <0x7fd0bf802048>)
    }
    }
    
    

    梳理一下:

    activities = 0x1
    活动状态值 0x1 = 1 --> kCFRunLoopEntry
    activities= 0xa0
    活动状态值 0xa0 == 160 = 32 + 128 ; --> kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit

    kCFRunLoopEntry: 开始进入runloop
    kCFRunLoopBeforeWaiting:runloop开始休眠
    kCFRunLoopBeforeExit:runloop退出

    • 主线程的runloop中注册了2个Observer(监听器)
    • 第1个Observer:
      • 监听kCFRunLoopEntry事件,触发就会调用objc_autoreleasePoolPush()函数
    • 第2个Observer:
      • 监听kCFRunLoopBeforeWaiting事件,触发就会调用objc_autoreleasePoolPop()和objc_autoreleasePoolPush()函数
      • 监听kCFRunLoopBeforeExit事件,触发就会调用objc_autoreleasePoolPop()

    看一行代码来对其进行分析

    XYHPerson *person = [[[XYHPerson alloc] init] autorelease];
    
    • 这个Person什么时候调用release,是由RunLoop来控制的
    • 它可能是在某次RunLoop循环中 ,在RunLoop休眠或退出之前调用了release

    开发中实现的对象调用atuorelease方法会加入到main函数中的@atuoreleasepool吗 ?

    不会,main函数中@atuoreleasepool是专门为main函数使用的;不会用作其他用途;

    开发中实现的对象调用atuorelease方法只会加入当前自动释放池,如果当前没有自动释放池,会新创建一个添加

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