Objective-C高级编程-iOS与OS+X多线程和内存管理

第一章：自动引用计数

• 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

对象操作	Objective-C方法
生成并持有对象	alloc/new/copy/mutableCopy等
持有对象	retain
释放对象	release
废弃对象	dealloc

Cocoa 框架中 Foundation 框架类库的 NSObject 类担负内存管理的职责。

自己生成的对象，自己所持有

使用以下名称开头的方法名意味着自己生成的对象只有自己持有：

• alloc
• new
• copy
• mutableCopy

使用 NSObject 类的 alloc 类方法就能自己生成并持有对象。另外，使用 new 类方法也能生成并持有对象。[NSObject new] 与 [[NSObject alloc] init] 是完全一致的

非自己生成的对象，自己也能持有

用上述方法之外的方法取得的对象即用 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。例如 NSArray 类的 array 类方法。通过 retain 方法，非自己生成的对象成为了自己所持有的。

不再需要自己持有的对象时释放

自己持有的对象，一旦不再需要，持有者有义务释放该对象，释放使用的是 release 方法。
用 alloc/new/copy/mutableCopy 方法生成并持有的对象，或者用 retain 方法持有的对象，一旦不再需要，务必要用 release 方法进行释放

autorelease 提供这样的功能，使对象再超出指定的生存范围时能够自动并正确地释放（调用release方法）

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无法释放非自己持有的对象

对于用 alloc/new/copy/mutableCopy 方法生成并持有的对象，或者用 retain 方法持有的对象，由于持有者是自己，所以在不需要该对象时需要将其释放。而由此以外所得到的对象绝对不能释放。倘若在应用程序中释放了非自己所持有的对象就会造成崩溃。

• 在 Objective-C 的对象中存有引用技术这一整数值。
• 调用 alloc 或是 retain 方法后，引用计数值加 1.
• 调用 release 后，引用技术减 1.
• 引用计数值为 0 时，调用 dealloc 方法废弃对象。

苹果对引用计数大概是采用 散列表（引用计数表）来管理引用计数

GNUstep 将引用计数保存在对象占用内存块头部的变量中，而苹果则是保存在引用计数表的记录中。

通过内存块头部管理引用计数的好处：

• 少量代码即可完成
• 能够统一管理引用计数用内存块与对象用内存块

通过引用计数表管理引用计数的好处：

• 对象用内存块的分配无序考虑内存块头部
• 引用计数表各记录中存有内存块地址，可从各个记录追溯到各对象的内存块

在利用工具检测内存泄露时，引用计数表的各记录也有助于检测各对象的持有者是否存在。

autorelease

autorelease 就是自动释放，这看上去很像 ARC ，实际上更类似于 C 语言中自动变量（局部）变量的特性。
C 语言的自动变量特性：程序执行时，若某自动变量超出其作用域，该自动变量将被自动废弃。
与 C 语言的自动变量不同的是，编程人员可以设定变量的作用域。
autorelease 的具体使用方法如下：

1. 生成并持有 NSAutoreleasePool 对象
2. 调用已分配对象的 autorelease 实例方法
3. 废弃 NSAutoreleasePool 对象

Xnip2019-09-01_11-59-29

NSAutoreleasePool 对象的生存周期相当于 C 语言变量的作用域。对于所有调用过 autorelease 实例方法的对象，在废弃NSAutoreleasePool 对象时，都将调用 release 实例方法。
在大量产生 autorelease 对象时，需要在适当的地方生成、持有或废弃 NSAutoreleasePool 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 对象中的数组里。即 本质就是调用 NSAutoreleasePool 对象的 addObject 类方法。

ARC 规则

循环引用容易发生内存泄露，所谓内存泄露就是应当废弃的对象在超出其生存周期后继续存在。使用__weak修饰符可避免循环引用，__weak修饰符与__strong修饰符 相反，提供弱引用。弱引用不能持有对象实例，因为__weak修饰符的变量不吃又对象，所以在超出其变量作用域时，对象即被释放。
__weak修饰符还有另一优点：在持有对象的弱引用时，若该对象被被废弃，则此弱引用将自动失效且处于 nil 被赋值的状态。

在 ARC 有效的情况下编译源代码需遵守如下规则：

• 不能使用 retain/release/retainCount/autorelease
• 不能使用 NSAllocateObject / NSDeallocateObject
• 须遵守内存管理的方法命名规则
• 不要显式调用 dealloc
• 使用 @autoreleasepoll 块替代 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
• 显式转换 id 和 void * ， 通过 (__bridge void *) 或 (__bridge id) 进行桥接

__weak 修饰符

weak 表与引用计数表相同，作为散列表被实现。如果使用 weak 表，将废弃对象的变量的地址作为键值进行检索，就能高速地获取对应的附有 __weak 修饰符的变量的地址。另外，由于一个对象可同时赋值给多个附有 __weak 修饰符的变量中，所以对于一个键值，可注册多个变量的地址。

如果附有 __weak 修饰符的变量所引用的对象被废弃，则将 nil 赋值给该变量的步骤：

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 修饰符的变量的地址，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

如果大量使用附有 __weak 修饰符的变量，会消耗相应的 CPU 资源，良策是只在需要避免循环引用时使用 __weak 修饰符。

第二章：Blocks

Blocks 是 C语言的扩充功能，用一句话表示：带有自动变量（局部变量）的匿名函数。
Block 语法：
^ 返回值类型 参数列表 表达式

使用附有 __block 说明符修饰的自动变量可在 Block 中赋值，该变量成为 __block 变量

在Block中，截获自动变量的方法并没有实现对C语言数组的截获，这时使用指针可以解决问题。

Blocks 的实现

Block 本质是一个 OC 对象，它内部也有一个 isa 指针。是封装了函数调用和函数调用环境的 OC 对象。

iOS 类的本质即 class_t 结构体：

struct class_t {
   struct class_t *isa;
   struct class_t *superclass;
   Cache cache;
   IMP *vtable;
   uintptr_t data_NEVER_USE;
}

该实例名称持有声明的成员变量、方法的名称、方法的实现（即函数指针）、属性以及父类的指针。
Block 即为 Objective-C 的对象。

Block 的三种类型

类	设置对象的存储域	备注
_NSConcreteStackBlock	栈	捕获局部变量
_NSConcreteGlobalBlock	程序的数据区域（.data 区）	不捕获自动变量
_NSConcreteMallocBlock	堆	捕获成员变量

Block 何时会复制到堆

• 调用 Block 的 copy 实例方法时
• Block 作为函数返回值返回时
• 将 Block 赋值给附有 __strong 修饰符 id 类型的类或 Block 类型成员变量时
• 在方法名中含有 usingBlock 的 Cocoa 框架方法或 GCD 的 API 中传递 Block 时。

第三章：Grand Central Dispatch

Grand Central Dispatch （GCD） 是异步执行任务的技术之一，一般将应用程序中记述的线程管理用的代码在系统级中实现，开发者只需要定义想执行的任务并追加到适当的 Dispatch Queue 中，GCD 就能生成必要的线程并计划执行任务。

多线程编程可能会出现的问题：

• 多个线程更新相同的资源会导致数据的不一致（数据竞争）- 解决：使用 Serial Dispatch Queue （串行队列）
• 停止等待事件的线程会导致多个线程相互持续等待（死锁）
• 使用太多线程会消耗大量内存

Dispatch Queue 按照追加的顺序（先进先出 FIFO）执行处理，另在执行处理时存在两种 Dispatch Queue ：一种是等待现在执行中处理的 Serial Dispatch Queue，另一种是不等待现在执行中处理的 Concurrent Dispatch Queue。

GCD API

可使用 dispatch_set_target_queue API 设置 Dispatch Queue 的优先级，同时也可以使多个本应并行执行的多个 Serial Dispatch Queue，在目标 Serial Dispatch Queue 上串行执行。

dispatch_after 函数并不准时
因为 Main Dispatch Queue 在主线程的 Runloop 中执行，所以在比如每隔 1/60 秒自行的 Runloop 中，Block 最快3秒后自行，最慢在3秒 + 1/60 秒后执行，并且在 Main Dispatch Queue 有大量处理追加或主线程的处理本身有延迟时，这个时间会更长。

Dispatch Group 在追加到 Dispatch Queue 中的多个处理全部结束后想执行结束处理可使用 Dispatch Group 实现。

dispatch_sync 如同简易版的 dispatch_group_wait 函数，会在指定队列中同步执行任务，在任务执行结束之前不会返回。如果在主线程同步执行 Block 就会出现死锁。

dispatch_apply 函数可进行快速遍历。由于 dispatch_apply 函数与 dispatch_sync 函数相同，会等待处理执行结束，因此推荐在 dispatch_async 函数中非同步地执行 dispatch_apply 函数。

dispatch_suspend 函数可暂时挂起指定的 Dispatch Queue。
dispatch_resume 函数可恢复指定的 Dispatch Queue。

dispatch_semaphore 函数可对操作进行更细粒度的排他控制。
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER)
dispatch_semaphore_wait 函数等待 Dispatch Semaphore 的计数值达到大于或等于1. 该处理结束是使用 dispatch_semaphore_signal 函数将 Dispatch Semaphore 的计数值加1.

dispatch_once 函数是保证再应用程序执行中只执行一次指定处理的 API。

dispatch_IO 函数可多线程并发处理大文件，以提高文件读取速度。

GCD 实现

Block 并不是直接加入 FIFO 队列中，而是先加入 Dispatch Continuation 这一 dispatch_continuation_t 类型结构体中，然后再加入 FIFO 队列。用于记忆 Block 所属的 Dispatch Group 喝其他一些信息，通常叫上下文。

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