内存管理

作者: 蔚尼 | 来源:发表于2018-08-22 18:47 被阅读16次

一.面试问题

使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点？
循环引用、NSTimer定时器不准
介绍下内存的几大区域
内存布局图、Tagged Poniter
讲一下你对 iOS 内存管理的理解
Tagged Poniter+ 第四部分
ARC 都帮我们做了什么？
ARC使用LLVVM编译器，自动生成release、retain
像weak弱引用这样的存在，runtime在程序运行的时候，weak修饰的对象要销毁时指针指为nil
所以ARC是LLVVM编译器和runtime系统相互协作的一个结果
weak指针的实现原理
1.把弱引用存储到SideTable的weak_table_t这个哈希表里面；
2.对象要dealloc销毁的时候，取出当前对象的弱引用表weak_table_t，把弱引用进行清除，指向当前对象的指针设置为nil
autorelease对象在什么时机会被调用release（详细看文末）
如果对象直接被autoreleasepool包住，那在autoreleasepool大括号结束的时候就release；
如果对象不是被autoreleaspool包住，释放是由runloop控制的。在所属的runloop循环中，runloop休眠之前调用release
方法里有局部对象，出了方法后会立即释放吗（详细看文末）
如果是用autorelease的形式释放的话，是在所属的runloop休眠之前释放。
如果是arc下，出了方法就立即释放了。因为在方法结束的时候，方法给局部对象调用了release方法（如下，arc是如下）

二.定时器

使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点？
循环引用、NSTimer定时器不准

1.CADisplayLink、NSTimer使用注意

问题：CADisplayLink、NSTimer会对target产生强引用，如果target又对它们产生强引用，那么就会引发循环引用
解决方案：
方案1：使用block

  __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        [weakSelf timerTest];
   }];

方案2：使用代理对象（NSProxy）
如果MJProxy继承NSObject，会去父类里面搜索是否有这个方法。如果继承NSProxy，他直接就进入消息转发了。所以我们使用NSProxy。

MJProxy:

.h:
@interface MJProxy : NSProxy
+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target;
@property (weak, nonatomic) id target;
@end

.m:
@implementation MJProxy

+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target
{
    // NSProxy对象不需要调用init，因为它本来就没有init方法
    MJProxy *proxy = [MJProxy alloc];
    proxy.target = target;
    return proxy;
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel
{
    return [self.target methodSignatureForSelector:sel];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
    [invocation invokeWithTarget:self.target];
}
@end

ViewController:

    self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:[MJProxy proxyWithTarget:self] selector:@selector(timerTest) userInfo:nil repeats:YES];

使用NSProxy

2.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

为什么不准确呢？因为它基于runloop，runloop每跑一圈都需要耗时间，而且时间不会一样。
比如定时器是1s执行一次。runloop跑一圈是0.2s，发现还不到1s，继续跑。下一次跑了0.9s，发现是1.1s了，就去执行NSTimer，导致NSTimer不准确。

而GCD的定时器会更加准时

因为他不基于NSRunloop

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("timer", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    // 创建定时器
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
    
    // 设置时间
    uint64_t start = 2.0; // 2秒后开始执行
    uint64_t interval = 1.0; // 每隔1秒执行
    dispatch_source_set_timer(timer,
                              dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, start * NSEC_PER_SEC),
                              interval * NSEC_PER_SEC, 0);
    
    // 设置回调
    //    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
    //        NSLog(@"1111");
    //    });
    dispatch_source_set_event_handler_f(timer, timerFire);
    
    // 启动定时器
    dispatch_resume(timer);
    
    self.timer = timer;

三.内存布局

1.内存布局

内存布局

上图中，内存地址由低到高。

代码段：编译之后的代码
数据段
字符串常量：比如NSString *str = @"123"
已初始化数据：已初始化的全局变量、静态变量等
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

2.Tagged Pointer

2.1 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

2.2 Tagged Pointer 作用

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了：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（内存优化、方法调用也优化了）

Tagged Pointer作用

2.3 如何判断一个指针是否为Tagged Pointer？

把地址的最高位、最低位转换成二进制判断
iOS平台，最高有效位是1（第64bit）
Mac平台，最低有效位是1

runtime里面判断是否是Tagged Pointer的方法：

runtime里面判断的方法

其中，_OBJC_TAG_MASK 的取值：

_OBJC_TAG_MASK 的取值

2.4 `面试题`

思考以下2段代码能发生什么事？有什么区别？

情况1

情况2

情况1：会奔溃。因为同时多条线程执行setName方法里面的[_name release]
解决方案：每次赋值的时候进行加锁

情况2：未崩溃。是以TAG POINTER的方法进行存储的。不会进行引用计数，调用[_name release]方法，导致奔溃

四.对象的内存管理

在iOS中，使用引用计数来管理OC对象的内存
一个新创建的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间
调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1

内存管理的经验总结
当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它
想拥有某个对象，就让它的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让它的引用计数-1

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);

1.引用计数器的存储

在64bit中，引用计数可以直接存储在优化过的isa指针中。
isa指针中的extra_rc 存储引用计数器，= 引用计数器的值 – 1；
如果isa中不够存储，has_sidetable_rc = 1,就会存储到sideTable的refcnts中(refcnts是一个存放着对象引用计数的散列表)

SideTable

2.weak指针的原理

__weak 不会产生强引用。指向的对象释放后，会自动指向nil。不会产生野指针。
__unsafe_unretained 不会产生强引用。但是不会自动指向nil

__weak的原理：需要看runtime的源码里面，dealloc销毁对象的时候是怎么做的。

3. dealloc

当一个对象要释放时，会自动调用dealloc，接下的调用轨迹是
dealloc
_objc_rootDealloc
rootDealloc
object_dispose
objc_destructInstance、free

dealloc里面弱引用指向nil

所以，weak修饰的对象自动指向nil的原理：
1.把弱引用存储到SideTable的weak_table_t这个哈希表里面；
2.对象要dealloc销毁的时候，取出当前对象的弱引用表weak_table_t，把弱引用进行清除，指向当前对象的指针设置为nil

五.autorelease

1.autoreleasePool

autoreleasepool原理

上面的push、pop方法中，都是运用AutoreleasePoolPage完成。

atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

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

2.AutoreleasePoolPage的结构

每个AutoreleasePoolPage对象占用4096字节内存，除了用来存放AutoreleasePoolPage内部的成员变量（如下图），剩下的空间用来存放autorelease对象（放在autoreleasepool中的对象）的地址

autoreleasepoolPage成员变量

当AutoreleasePoolPage对象不够存储的时候，会创建新的AutoreleasePoolPage对象
所有的AutoreleasePoolPage对象通过双向链表的形式连接在一起

双向链表

如下，有多个autoreleasePoolPage。每个autoreleasePoolPage存储成员变量，剩余部分存储autoreleasePoolPage的对象。
为了形成链表，autoreleasePoolPage的child指向下一个autoreleasePoolPage（最后一个autoreleasePoolPage没有child）。parent指向上一个autoreleasePoolPage（第一个autoreleasePoolPage没有parent）。

autoreleasePoolPage

上面讲述的objc_autoreleasePoolPush方法调用时候，会将一个POOL_BOUNDARY入栈（到AutoreleasePoolPage中），并且返回其存放的内存地址(即下面的atautoreleasepoolobj)

atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();

调用pop方法时传入一个POOL_BOUNDARY的内存地址(即下面的atautoreleasepoolobj)，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

objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

AutoreleasePoolPage中的 id *next指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域

id *next指向
有多个autoreleasepool嵌套，如果一个poolPage还有存储空间，多个autoreleasepool的对象也会放到同一个poolPage中
Page（hot）：当前使用的page；Page（cold）：不是当前使用的page

总结

自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage

__AtAutoreleasePool结构体里面有push、pop方法。这两个方法主要使用AutoreleasePoolPage。

__AtAutoreleasePool的效果

AutoreleasePoolPage存放AutoreleasePoolPage的成员变量和autoreleasepool对象。

调用push方法的时候，把POOL_BOUNDARY入栈（到AutoreleasePoolPage中），并且返回其存放的内存地址

调用objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);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

3. Runloop和Autorelease

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()

image.png

4.`面试题`

4.1autorelease对象在什么时机会被调用release（调用autorelease其实是把计数器-1）：

如果对象直接被autoreleasepool包住，那在autoreleasepool大括号结束的时候就release；

情况1

如果对象不是被autoreleaspool包住，释放是由runloop控制的。在所属的runloop循环中，runloop休眠之前调用release

下面是执行顺序：didLoad、WillApper、MJPerson deallloc、DidApper。（也说明didLoad、WillApper属于同一个runloop循环）

情况2

4.2 方法里有局部对象，出了方法后会立即释放吗？

如果是用autorelease的形式释放的话，是在所属的runloop休眠之前释放。
如果是arc下，出了方法就立即释放了。因为在方法结束的时候，方法给局部对象调用了release方法（如下，arc是如下）

arc下演示

内存管理

一.面试问题

二.定时器

1.CADisplayLink、NSTimer使用注意

2.GCD定时器

三.内存布局

1.内存布局

2.Tagged Pointer

2.1 Tagged Pointer

2.2 Tagged Pointer 作用

2.3 如何判断一个指针是否为Tagged Pointer？

2.4 `面试题`

四.对象的内存管理

1.引用计数器的存储

2.weak指针的原理

3. dealloc

五.autorelease

1.autoreleasePool

2.AutoreleasePoolPage的结构

3. Runloop和Autorelease

4.`面试题`

4.1autorelease对象在什么时机会被调用release（调用autorelease其实是把计数器-1）：

4.2 方法里有局部对象，出了方法后会立即释放吗？

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2.2 Tagged Pointer 作用

2.3 如何判断一个指针是否为Tagged Pointer？

2.4 面试题

四.对象的内存管理

1.引用计数器的存储

2.weak指针的原理

3. dealloc

五.autorelease

1.autoreleasePool

2.AutoreleasePoolPage的结构

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