ARC这个词汇对于我们iOS开发人员而言可谓是再熟悉不过了，但是它是如何实现的这个很多人都没有去深究过，其中也包括我，现在我们就试着一探究竟。

autorelease

在说ARC之前我们先来看看autorelease，顾名思义autorelease就是自动释放，看上去很像ARC，但实际上它更像C语言中自动变量的特性。autorelease会像C语言对待自动变量那样对待对象实例，当其超出作用域时，对象实例的release实例方法被调用，与C不同，编程人员可以设定变量的作用域。

autorelease的具体使用方法：
1.生成并调用NSAutoreleasePool对象；
2调用已分配对象的autorelease实例方法；
3.废弃NSAutoreleasePool对象。

NSAutoreleasePool对象的生存周期就相当于C语言中自动变量的作用域，对于调用过autorelease实例方法的对象，废弃NSAutoreleasePool对象时，都将调用release实例方法。

在cocoa框架中，相当于程序主循环的NSRunLoop或者在其他程序可运行的地方，对NSAutoreleasePool对象进行生成，持有和废弃处理，因此开发者不一定非得使用NSAutoreleasePool来进行开发工作。但在大量产生autorelease对象时，我们有必要在适当的地方生成，持有，废弃NSAutoreleasePool对象。

autorelease实现

在GNUstep中，autorelease的源码

-(id)autorelease{
    [NSAutoreleasePool addObject:self];
}

本质就是调用NSAutoreleasePool对象的addObject类方法。调用实例对象的autorelease方法，该对象将被追加到正在使用的NSAutoreleasePool对象的数组里。

再看一下废弃的方法

[pool drain];

- (void)drain{
    [self dealloc];
}

- (void)delloc{
    [self emptyPool];
    [array release];
}

- (void)emptyPool{
    for (id obj in NSArray) {
        [obj release];
    }
}

数组中所有的对象都会调用release实例方法。

苹果的实现autorelease的行为和GNUstep可以说完全一样，通过苹果的源码我们可以来对比一下

class AutoreleasePoolPage{
    static inline void *push(){
        //相当于生成持有NSAutoreleasePool对象
    }
    
    static inline void *pop(void *token){
        //相当于废弃NSAutoreleasePool对象
        releaseAll()
    }
    
    static inline id autorelease(id obj){
        //相当于NSAutoreleasePool类的addObject方法
        AutoreleasePoolPage *autoreleasePoolPage = 取得正在使用的AutoreleasePoolPage实例
        autoreleasePoolPage->add(obj)
    }
    
    id *add(id obj){
        将对象追加到内部数组中
    }
    
    void releaseAll(){
        调用数组中对象的release方法
    }
};

void *objc_autoreleasePoolPush(void){
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

void *objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt){
    AutoreleasePoolPop::pop(ctxt);
}

void *objc_autorelease(id obj){
    return AutoreleasePoolPage::autorelease(obj);
}

实现方式完全相同。

ARC规则

“引用计数式的内存管理”的本质在ARC中并没有改变，ARC只是自动的帮我们处理了“引用计数”。

在ARC有效时，id类型和对象类型上必须附加所有权修饰符，所有权修饰符一共有四种：
_strong
_weak
_unsafe_unretained
_autoreleasing
我们就来分别说明一下这几种。

_strong

_strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符。

id obj = [[NSObject alloc] init];
//ARC有效等同于
id _strong obj = [[NSObject alloc] init];

附有_strong修饰符的变量在超出作用域时，即在该变量被废弃时，会释放其被赋予的对象。_strong表示对对象的强引用，超出作用域时强引用失效，引用的对象会被废弃。

通过_strong修饰符，不必再次键入retain或者release，完美的实现了内存管理的思考方式，然而_strong并不能解决所有问题。

ps:_strong为默认修饰符，所以声明变量时不需要写上。

_weak

看起来_strong修饰符是完美的，但遗憾的是仅通过_strong是无法解决有些重大问题的

@interface Test : NSObject
{
    id obj;
}
- (void)setObject:(id)obj;
@end

@implementation Test

- (id)init{
    self = [super init];
    return self;
}

- (void)setObject:(id)obj{
    obj_ = obj;
}

@end

{
    id test0 = [[Test alloc] init];
    //test0 持有Test对象A的强引用
    id test1 = [[Test alloc] init];
    //test1 持有Test对象B的强引用
    [test0 setObject:test1];
    //Test对象A的成员变量obj持有Test对象B的强引用
    
    //持有Test对象B的强引用变量为test1以及Test对象A的成员变量obj
    [Test1 setObject:test0];
    //Test对象B的成员变量obj持有Test对象A的强引用
    
    //持有Test对象A的强引用变量为test0以及Test对象B的成员变量obj
}

//超出作用域
//test0超出作用域强引用失效 Test对象A被释放

//test1超出作用域强引用失效 Test对象B被释放

//此时Test对象A的强引用被对象B的成员变量obj所持有

//此时Test对象B的强引用被对象A的成员变量obj所持有

//内存泄漏

循环引用容易发生内存泄漏，应当废弃的对象在超出作用域后继续存在，这时使用_weak就可避免循环引用。弱引用不能持有对象实例，所以在超出作用域时，对象即被释放。

_unsafe_unretained

_unsafe_unretained正如其名称所示，是不安全的所有权修饰符，尽管ARC式的内存管理是编译器的工作，但附有_unsafe_unretained的变量不属于编译器的内存管理对象。

_unsafe_unretained的变量同_weak作用一样，防止循环引用，在变量超出作用域时既不持有强引用也不持有弱引用，对象便被释放，在iOS4以及OS X Snow Leopard的应用程序中还未引入_weak因此要使用_unsafe_unretained替代。

_autoreleasing

在ARC环境下不能使用autoreleasing方法，也不能使用NSAutoreleasePool类，但实际上ARC有效时autorelease是起作用的。要通过将对象赋值给附加了_autoreleasing修饰符的变量来替代调用autorelease方法，等价于在ARC无效时调用对象的autorelease方法，即对象被注册到autoreleasepool。

但是显示的附加_autoreleasing和显示的附加_strong一样罕见，编译器会检查方法名是否以alloc/new/copy/mutableCopy开始，如果不是则自动将返回值的对象注册到autoreleasepool。alloc/new/copy/mutableCopy开始的方法在返回对象时，是必须返回给调用方所应当持有的对象，既然必须持有那么超出作用域自然会释放。

ARC的实现

ARC是“由编译器进行内存管理的”，但实际上只有编译器是无法完全胜任的，在此基础上还需要Objective-C运行时库的协助。下面我们看一下具体实现的代码。

_strong修饰符

id _strong obj = [[NSObject alloc] init];

实际底层函数（便于理解做了转换）

{
    id obj = objc_msgSend(NSObject,@selector(alloc));
    objc_msgSend(obj,@selector(init));
    objc_release(obj);
}

可以看到虽然ARC有效时不能使用release方法，但是编译器自动插入了release，我们在看看alloc/new/copy/mutableCopy以外的方法会怎样

id _strong obj = [NSMutableArray array];

实际底层函数

{
    id obj = objc_msgSend(NSMutableArray,@selector(array));
    objc_retainAutoreleaseReturnValue(obj)
    objc_release(obj);
}

前后都同之前一样但是中间插入了objc_retainAutoreleaseReturnValue函数，这个函数主要用于最优化程序运行，它用于自己持有对象的函数，但它持有的对象应为返回注册在autoreleasepool中对象的方法，或是函数的返回值，在调用alloc/new/copy/mutableCopy以外的方法之后，由编译器插入该函数。

这种函数一般是成对出现的，与之相对的是objc_autoreleaseReturnValue(obj)，它用于alloc/new/copy/mutableCopy以外的类方法返回对象的实现。例如[NSMutableArray array]方法。

+ (id)array{
    return [[NSMutableArray alloc] init];
}

+ (id)array{
    id obj = objc_msgSend(NSMutableArray,@selector(alloc));
    objc_msgSend(obj,@selector(init));
    return objc_autoreleaseReturnValue(obj)
}

objc_autoreleaseReturnValue函数会检查使用该函数的方法或者函数调用方的执行命令列表，如果方法或函数的调用方在调用了方法或函数后紧接着调用了objc_retainAutoreleaseReturnValue函数，那么就不将返回的对象注册到autoreleasepool中，而是直接传递到方法或函数的调用方。

_weak修饰符

若附有_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，若使用_weak修饰符的变量，即是注册到autoreleasepool中的对象。我们来看看它的实现。

{
    id _strong obj = [[NSObject alloc] init];
    id _weak obj1 = obj;
}

编译器的模拟代码

{
    id obj1;
    objc_initWeak(&obj1,obj);
    objc_destroyWeak(&obj1);
}

通过objc_initWeak初始化附有_weak修饰符的变量，在变量作用域结束时通过objc_destroyWeak函数释放该变量。

objc_initWeak函数将附有_weak修饰符的变量初始化为0后，会将赋值的对象作为参数调用objc_storeWeak函数。objc_destroyWeak函数将0作为参数调用objc_storeWeak函数，即前面的源代码与下列源代码相同。

{
    id obj1;
    obj1 = 0;
    objc_storeWeak(&obj1,obj);
    objc_storeWeak(&obj1,0);
}

objc_storeWeak函数把第二参数的赋值对象的地址作为健值，将第一参数的附有_weak修饰符的变量的地址注册到weak表中。如果第二参数为0，则把变量的地址从weak表中删除。

weak表与引用计数表相同，作为散列表被实现。如果使用weak表，将废弃对象的地址作为健值进行检索，就能高速获取对应附有_weak修饰符的变量的地址。

释放对象时，废弃谁都不持有的对象的同时程序的动作如下：
1.objc_release
2.因为引用计数为0所以执行dealloc
3._objc_rootDealloc
4.objc_dispose
5.objc_destructInstance
6.objc_clear_deallocating

objc_clear_deallocating函数的动作如下：

1.从weak表中获取废弃对象的地址作为健值的记录。
2.将包含在记录中所有的附有_weak修饰符变量的地址，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健值的记录。

由此可知大量使用附有_weak修饰符的变量，则会消耗相应的CPU资源。良策是只在需要避免循环引用时使用_weak修饰符。