OC内存管理详解

作者: 伶俐ll | 来源:发表于2017-06-05 13:28 被阅读142次

    ARC

    一、简介

    在Objective-C中采用Automatic Reference Counting (ARC)机制,是编译器特性,让编译器来进行内存管理。ARC是LLVM编译器和Runtime系统相互协作的一个结果,ARC利用LLVM编译器自动帮我们生成releaseretainautorelease代码,像弱引用这样又是利用Runtime在程序运行过程中监控到对象销毁的时候将指向对象的弱引用清空。

    在Xcode4.2或以上版本,只要将编译器选项中设置ARC为有效状态(操作如下图),编译器将自动在代码合适的地方插入retainreleaseautorelease代码,就无需再次手动输入,这在降低程序崩溃、内存泄漏等风险的同时,很大程度上减少了开发程序的工作量。

    Snip20170604_4.png

    编译器完全清楚目标对象,并能立刻释放那些不再被使用的对象(判断原则:只要还有一个强指针变量指向对象,对象就会保持在内存中;只要没有强指针变量指向对象,就默认该对象不再需要被使用,该对象就会被释放)。

    如此一来,应用程序将具有可预测性,且能流畅运行,速度也将大幅提升。

    二、ARC下的所有权修饰符

    __strong
    • _strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符。也就是说,id和对象类型在没有明确指定所有权修饰符时,默认为__strong修饰符。下面两行代码相同。
      id obj = [[NSObject alloc]init];
      id __strong obj = [[NSObject alloc]init];
    
    • 修饰的变量的初始化为nil。以下两行代码相同。
      id  __strong obj0;
      id  __strong obj0 = nil;
    
    • 持有强引用的变量在超出其作用域时被废弃,同时释放其引用的对象
    • 当需要释放强引用指向的对象时,需要将强引用置nil。
    __weak
    • 弱引用不增加对象的引用计数,不能持有对象实例。
    • 对象在被dealloc时,会查看SideTable结构体里面存储weak的散列表weak_table,根据对象的地址取出weak清空,由此指向它的弱引用被置nil(zeroing weak pointer),防止野指针产生。
    • 弱引用一般用于处理循环引用问题,如在delegate关系中防止循环引用或者用来修饰指向由Interface Builder编辑生成的UI控件。
    __unsafe_unretained
    • __unsafe_unretained修饰的变量不属于编译器的内存管理对象,可理解为MRC时代的assign
    • 不增加所引用对象的引用计数值,但是不保证指针指向的可访问性(对象在被dealloc时,指向它的弱引用不会自动被置nil,存在野指针情况)

    MRC

    在引入ARC之前((2012年发布)Xcode4.2之前版本),OC的内存管理需要由开发人员手动维护,需要程序员自己编写releaseretain等代码。

    一、引用计数的存储

    OC中内存的管理是依赖对象的引用计数器(占用四个字节)来进行的.OC中每个对象都有一个与之对应的整数,叫“引用计数器”。

    • 在64bit下,引用计数可以直接存储在优化过的isa指针中,也可能存储在SideTable类中。
    • isa共用体中的extra_rc里面存储的值是引用计数器减1
    • 如果引用计数器过大无法存储在isa中,那么isa共用体中的has_sidetable_rc就为1,那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中。refcnts是一个存放着对象引用计数的散列表。(weak_table是存放着弱指针的散列表,当对象被dealloc是,会找到这个散列表,将当前对象对应的弱引用清空,同时也会把引用计数表里面存放的引用计数擦除掉)
        struct SideTable {
             spinlock_t slock;
             RefcountMap refcnts;
             weak_table_t weak_table;
       }
      
    二、MRC下的引用计数式内存管理
    • 当使用alloc/new/copy/mutableCopy等方法生成并持有一个对象之后引用计数器值默认为1;
    • 给对象发送一条retain消息也可以持有对象,引用计数值+1,并返回当前对象;
    • 当给对象发送一条release消息之后它的引用计数器值减1;
    • 给对象发送retainCount消息(不准确,就算一个对象已经释放,retainCount的值也可能是1),可以获得当前的引用计数值。
    三、对象是否被销毁的判断

    当一个对象的引用计数器值为0时,这个对象占用的内存就会被系统回收,对象即将被销毁时系统会自动给对象发送一条dealloc消息废弃对象。因此,根据deallloc方法有没有被调用就可以判断出对象是否被销毁。

    四、防止野指针

    如果一个对象被释放后,那么最后引用它的变量需要手动设置为nil(空指针:给空指针发送消息不会报错),否则可能造成野指针错误。(只要一个对象对释放了,我们就称这个对象为“僵尸对象”,当一个指针指向一个僵尸对象,我们就称这个指针为野指针,如果给一个野指针发送消息会报错)

    五、MRC内存管理原则

    对象之间可能交叉引用,此时需要遵循一个法则:谁创建,谁释放

    六、autorelease
    autoreleasepool的本质

    将如下代码转成c++代码:

      @autoreleasepool {
            LZPerson *person = [[[LZPerson alloc] init] autorelease];
        }
    
     struct __AtAutoreleasePool {
        __AtAutoreleasePool() { // 构造函数,在创建结构体的时候调用
            atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
        }
     
        ~__AtAutoreleasePool() { // 析构函数,在结构体销毁的时候调用
            objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
        }
     
        void * atautoreleasepoolobj;
     };
     
     {
        __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
        LZPerson *person = ((LZPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((LZPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((LZPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LZPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init")), sel_registerName("autorelease"));
     }
    

    由此可知,autoreleasepool本质上是一个__AtAutoreleasePool类型的结构体,在结构体内部定义了一个构造函数和析构函数,还有一个void*类型的指针atautoreleasepoolobj,在使用autoreleasepool的时候会在大括号开始的时候声明一个局部变量__autoreleasepool,在定义局部变量的时候会调用结构体内部的构造函数objc_autoreleasePoolPush(),在大括号结束的时候会调用析构函数objc_autoreleasePoolPop()。因此上述代码的本质可以说是如下:

     atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
     LZPerson *person = [[[LZPerson alloc] init] autorelease];
     objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
    

    通过查看runtime源码可知:objc_autoreleasePoolPush()函数会调用AutoreleasePage类的push方法,objc_autoreleasePoolPop()函数会调用AutoreleasePage类的pop方法。因此得出结论:自动释放池的主要底层数据结构是:__AtAutoreleasePoolAutoreleasePoolPage;
    调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的。

    AutoreleasePoolPage的结构

    每个AutoreleasePoolPage对象占用4096字节内存,除了用来存放它内部的成员变量,剩下的空间用来存放autorelease对象的地址,所有的AutoreleasePoolPage对象通过双向链表的形式连接在一起。其中child成员变量指向的是下一个AutoreleasePoolPage对象,parent成员变量指向的是上一个AutoreleasePoolPage对象,第一个AutoreleasePoolPage对象的parent是空的,最后一个AutoreleasePoolPage对象的child是空的。

    屏幕快照 2018-08-01 上午9.37.18.png
    • 调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈,并且返回其存放的内存地址。
    • 调用autorelease方法的对象的地址会依次被存放在AutoreleasePage对象的剩余的内存地址中,如果这个AutoreleasePage的内存不够了,会创建新的AutoreleasePage对象存放。
    • 调用pop方法时传入一个POOL_BOUNDARY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指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域。
    • 可以通过以下私有函数来查看自动释放池的情况
      extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);
    extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);
    int main(int argc, const char * argv[]) {
        @autoreleasepool {
            MJPerson *p1 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
            MJPerson *p2 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
            _objc_autoreleasePoolPrint();
        }
        return 0;
    }
    
    打印结果:
    /*
    objc[65454]: ##############
    objc[65454]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x100390380
    objc[65454]: 3 releases pending.  
    objc[65454]: [0x100804000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
    objc[65454]: [0x100804038]  ################  POOL 0x100804038
    objc[65454]: [0x100804040]       0x10055c000  MJPerson
    objc[65454]: [0x100804048]       0x1005573f0  MJPerson
    objc[65454]: ##############
    
    */
    
    autorelease对象会在什么时机被调用release
    • 如果autorelease对象是直接被autoreleasepool包住,那会在大括号结束的时候调用release。
    • 会在某一次runloop睡眠或者退出的时候调用release。
      iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer
      • 第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件,会调用objc_autoreleasePoolPush()
      • 第2个Observer监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件,会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush();
        监听了kCFRunLoopBeforeExit事件,会调用objc_autoreleasePoolPop()
    方法里有局部对象, 出了方法后会立即释放吗
    • 如果局部对象是在方法结束的时候调用release释放,那会立马释放。
    • 如果局部对象是以调用autorelease的方式释放,那会在所属的那一次runloop睡眠或者退出的时候释放。

    自动释放池有如下两种写法:

    //1、 利用NSAutoreleasePool类
    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc]init];
    id obj = [[NSObject alloc]init];
    [obj autorelease];
    [pool drain];//在执行这行代码时,会给obj发送一条release消息
    // 2、@autoreleasepool关键字声明一个代码块
    @autoreleasepool{
         id obj = [[NSObject alloc]init];
         [obj autorelease];
    }
    
    autorelease使用注意点:
    • autorelease方法会返回对象本身,并且不会改变对象的引用计数器,只是将这个对象放到自动释放池中;
    • 自动释放池实质是当自动释放池销毁之后,调用release方法,但是不一定能够销毁对象,例如:当对象引用计数器值大于1时,该对象就无法销毁;
    • 由于自动释放池最后统一销毁对象,因此如果一个操作比较占用内存,例如:对象较多或者对象占用资源较多,最好不要放到自动释放池或者放到多个自动释放池;
    • OC中类库的类方法一般都不需要手动释放,因为内部已经调用了autorelease方法;内部实现代码如下:
      -(id)object{
          id obj = [[NSObject alloc]init];
          [obj autorelease];
          return obj;
    }
    

    property修饰符

    一、 访问权限修饰符:readwrite | readonly
    • readwrite(默认):表明这个属性是可读可写的,系统为我们生成这个属性的setter和getter方法。
    • readonly:表明这个属性只能读不能写,系统只为我们生成一个getter方法,不会生成setter方法
    二、 指定getter和setter方法名称修饰符:

    getter=setter=这两个属性修饰符用于设置自定义生成的getter和setter方法名,使用之后将不再使用系统默认的setter和getter方法名。使用代码演示如下:

    @property(getter = getMethodName, setter = setMethodName) Object *obj;
    
    三、内存管理修饰符
    • assign(默认):表示直接赋值,用于基本数据类型(NSInteger和CGFloat)和C数据类型(如int, float, double, char等)另外还有id类型,这个修饰符不会牵涉到内存管理。但是如果是对象类型,使用此修饰符则可能会导致内存泄漏或EXC_BAD_ACCESS错误
    • retain:用于MRC,会自动生成setter/getter方法内存管理的代码,针对对象类型进行内存管理。如果对基本数据类型使用,则Xcode会直接报错。当给对象类型使用此修饰符时,setter方法会先将旧的对象属性release掉,再对新的对象进行一次赋值并进行一次retain操作。retain修饰的属性生成的setter方法示例如下:
    @property(retain) Object *obj;
    //setter方法
    -(void)setObj:(Object *)obj{
           if(_obj != obj){
            [_obj release];
            _obj = [obj retain];
         }
    }
    
    • strong(默认):用于ARC,对应MRC中的retain,强引用,修饰对象类型的属性
    • copy:主要用在NSString类型,表示复制内容。block一般使用copy关键字。
    • weak(ARC下):弱引用,修饰对象类型的属性,和(MRC下)assign类似,只是单纯引用某个对象,但是并未拥有该对象即一个对象被持有无数个弱引用,只要没有强引用指向它,那么它就会被清除释放。当weak指向的内存释放掉后自动置为nil,防止野指针。代理和UI控件都使用weak修饰。
    四、原子性修饰符:atomic | nonatomic
    • atomic(默认):这个属性会给setter方法加锁,保证程序在多线程下,编译器会自动生成自旋锁代码,避免该变量的读写不同步问题,提供多线程安全,即多线程中只能有一个线程对它进行访问。缺点是atomic需要消耗大量的资源,执行效率低。
    • nonatomic:非原子性,非线程安全,多个线程可以同时对其进行访问,使用该属性编译器不会生成加锁代码,提高性能和效率,使用频率高,一般都是放弃安全,提高性能。

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