OC底层基础：内存管理

一、内存布局

• 代码段：编译之后的代码
• 数据段
  1. 字符串常量：比如NSString *str = @"123"
  2. 已初始化数据：已初始化的全局变量、静态变量等
  3. 未初始化数据：未初始化的全局变量、静态变量等
• 栈： 函数调用开销，比如局部变量。分配的内存空间地址越来越小
• 堆：通过alloc、malloc、calloc等动态分配的空间，分配的内存空间地址越来越大

截屏2022-03-15 下午5.25.58.png

/**
     字符串常量
     str=0x10dfa0068
     
     已初始化的全局变量、静态变量
     &a =0x10dfa0db8
     &c =0x10dfa0dbc
     
     未初始化的全局变量、静态变量
     &d =0x10dfa0e80
     &b =0x10dfa0e84
     
     堆
     objc=0x608000012210
     
     栈
     &f =0x7ffee1c60fe0
     & = 0x7ffee1c60fe4
     */

二、自动释放池

• 自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage
• 调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的
• 源码分析
  1. clang重写@autoreleasepool
  2. objc4源码：NSObject.mm

  class AutoreleasePoolPage;
  struct AutoreleasePoolPageData
  {
      magic_t const magic;
      __unsafe_unretained id *next;
      pthread_t const thread;
      AutoreleasePoolPage * const parent;
      AutoreleasePoolPage *child;
      uint32_t const depth;
      uint32_t hiwat;
  };
  

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AutoreleasePoolPage`对象通过双向链表的形式连接在一起

AutoreleasePoolPage的结构.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

Runloop和Autorelease

• iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer
  1. 第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()
  2. 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()

三、CADisplayLink、NSTimer使用注意

• CADisplayLink、NSTimer会对target产生强引用，如果target又对它们产生强引用，那么会引发循环引用
• 解决方案
  1. 使用block

   __weak typeof(self) weakSelf = self;
   [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
       [weakSelf test];
   }];
  

  2. 使用代理对象（NSProxy）

  + (instancetype)proxyWithTarget:(id)target {
    TimerProxy *proxy = [self alloc];
    proxy.target = target;
    return proxy;
  }
  
  - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    return [self.target methodSignatureForSelector:aSelector];
  }
  
  - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    [anInvocation invokeWithTarget:self.target];
  }
  
  TimerProxy *proxy = [TimerProxy proxyWithTarget:self];
  [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:proxy selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
  

四、GCD定时器

• NSTimer依赖于RunLoop，如果RunLoop的任务过于繁重，可能会导致NSTimer不准时
• GCD的定时器会更加准时

   //创建队列
   dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
   //1.创建GCD中的定时器
   /*
     第一个参数:创建source的类型 DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER:定时器
     第二个参数:0
     第三个参数:0
     第四个参数:队列
   */
  dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);

   //2.设置时间等
   /*
     第一个参数:定时器对象
     第二个参数:DISPATCH_TIME_NOW 表示从现在开始计时
     第三个参数:间隔时间 GCD里面的时间最小单位为 纳秒
     第四个参数:精准度(表示允许的误差,0表示绝对精准)
   */
  dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 1.0 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);

   //3.要调用的任务
  dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
      NSLog(@"GCD-----%@",[NSThread currentThread]);
  });

  //4.开始执行
  dispatch_resume(timer);

五、Tagged pointer

• 从64bit开始，iOS引入了Tagged pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储
• 在没有使用Tagged pointer之前，NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值
• 使用Tagged pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中
• 当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据
• objc_msgSend能识别Tagged pointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销
• 如何判断一个指针是否为Tagged pointer
  1. iOS平台，最高有效位是1（第64bit）
  2. Mac平台，最低有效位是1
• 判断是否为Tagged Pointer

static inline bool 
_objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr)
{
    return ((uintptr_t)ptr & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}

#if (TARGET_OS_OSX || TARGET_OS_IOSMAC) && __x86_64__
    // 64-bit Mac - tag bit is LSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 0
#else
    // Everything else - tag bit is MSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 1
#endif

#if OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#else
#   define _OBJC_TAG_MASK 1UL
#endif

注：面试题

• 思考以下两端代码能发生什么事，有什么区别

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
        });
    }

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
        });
    }

注：可能涉及的面试题

• 使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点
• 介绍下内存的几大区域
• 讲一下你对iOS内存管理的理解
• autorelease在什么时机会被释放
• 方法里有局部对象，出了方法后会立即释放吗
• ARC都帮我们做了什么
• weak指针的实现原理

上一篇：
OC底层基础：多线程GCD
下一篇：
[OC底层基础]