iOS内存管理理解

作者: Jadyn_Wu | 来源:发表于2018-04-26 14:29 被阅读5次

在Build Phases -> Compile Sources -> 对应的文件加上-fno-objc-arc的编译参数可以启用MRC模式

1.简介

1.1 内存管理的思考方式

自己生成的对象，自己持有
非自己生成的对象，自己也能持有（指针指向这个对象，引用计数+1，就是持有）
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

1.2 ARC下的内存管理

ARC虽然能够解决90%的内存管理问题，另外还有10%的需要开发者自己处理

过度使用block，无法解决循环引用问题
遇到底层Core Foundation对象，需要自己手动管理它们的引用计数时

2.引用计数（Reference Count）

2.1 什么是引用计数

引用计数是一种管理对象生命周期的方式，一个内存块被强指针指向的数量。

2.2 alloc/retain/release/dealloc

cocoa框架中foundation框架类库的NSObject类是担负着内存管理的

alloc：生成并持有对象。
自己持有的对象可以使用alloc/new/copy/mutableCopy开头命名，如果自己不持有不能是有这些作为开头。
retain：持有对象。
引用计数+1，超过最大数时会报错。寻址找到对象内存地址头部，减去存放引用计数值的struct的大小的地址，获取到计数值并+1，当计数值为超过最大值时抛出异常代码。
release：释放对象。
引用计数-1，如果释放了非自己持有的对象或者释放了引用计数为0的对象，程序会崩溃。寻址找到对象内存地址头部，减去存放引用计数值的struct的大小的地址，获取到计数值并-1，当计数值为0时调用dealloc方法。
dealloc：废弃对象。
废弃由alloc开辟的内存块

指向一个内存块的每一条指针，都能使用retain和release对这个内存块的引用计数进行改变。

//开辟内存块，引用计数为1
id object1 = [[NSObject alloc] init];
//object2的指针指向object1创建的内存块，内存块的引用计数还是1
id object2 = object1;
//object2使用retain是引用计数+1
[object2 retain];
//object1使用release将内存块上的引用计数-1
[object1 release];
//object1还是可以使用release将内存块的引用计数再-1
//此时内存块上的引用计数值为0，内存空间被系统回收
//tips：系统知道马上就要回收内存了，没必要-1了，直接回收对象
[object1 release];

如果想要销毁一个对象，不仅需要使用release将引用计数-1，还需要将对象的指针置为nil

id object1 = [[NSObject alloc] init];
[object1 release];
object1 = nil;

2.3 引用计数的实现

GNUstep中的实现：采用在内存块头部放置引用计数来进行管理

分配存放对象所需要的内存空间，将该内存空间置0
用一个整数来记录retain的引用计数值，并把这个整数写到内存空间的头部
返回对象指针

GNUstep优点：

少量代码就能完成
能够统一管理引用计数用的内存块和对象用内存块

苹果源码中的实现：采用引用技术表（散列表）管理引用计数。

分配存放对象所需要的内存空间，将空间置0
在散列表中加入引用计数并附带对象的内存块地址
返回对象指针

苹果源码优点：

对象用内存块分配无需考虑内存块头部
引用技术表各记录中存有内存块地址，可从各个记录追溯到各个内存块地址，在调试时，只要引用计数表没有被破坏，就可以确认内存块位置，就可以检测各对象持有者是否存在。

2.4 别向已经释放的对象发消息

当一个对象引用计数为0时，系统已经将该对象的地址回收，它的输出结果是不一定的，如果被回收的地址为空，则会输出0，如果地址被内存复用了，就会造成系统崩溃。

NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"Reference Count = %u", [object retainCount]);
[object release];
//此时object的内存被释放了，输入为0或者崩溃
NSLog(@"Reference Count = %u", [object retainCount]);

3.循环引用（Reference Cycle）

如果对象A的成员变量是对象B，对象B的成员变量是A，释放对象A需要先释放成员变量B，而释放成员变量B也需要先释放成员变量A，形成一个无法释放的循环，造成内存泄漏，这就是循环引用。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    CustomView *view = [[CustomView alloc] init];
    [self.view addSubview:view];
    view.callbackBlock = ^{
        //view持有的block中调用了self，意味着view成员变量的一根指针指向了self
        [self doSomething];
    }
}

当 viewDidLoad 方法执行时，创建一个 block 并赋值给对象 view 的 callbackBlock 属性，callbackBlock捕捉 self，self 持有 self.view, v 在 addSubview 后成为 self.view 的子 view 而被 self.view 持有，这样就形成了一个引用循环，self -> self.view -> view -> callBackBlock -> self。

环路越是大的循环引用，越难以被发现。

打破循环方法1：主动断开循环引用

根据业务逻辑主动断开引用，在view 执行完callbackBlock后，将block置为nil，主动断开循环引用。

if (self.callbackBlock) {
    self.callbackBlock();
    //调用方将指向callbackBlock的指向指向了nil，主动释放block
    self.callbackBlock = nil;
}

循环变成在view -> callBackBlock处被主动断开，循环引用打破

解决方法2：弱引用

以代理模式为例，对象A中创建对象B并拿到它的delegate，如果delegate为strong声明的，则会形成循环引用A -> B -> BDelegate -> A，而事实上delegate对象通常都被声明为weak型变量，就是为了避免循环引用，从BDdelegate -> A处打破循环引用。

系统对于每一个有弱引用的对象，都维护一个表来记录它所有的弱引用的指针地址。每当一个对象的引用计数为 0 时，系统就通过这张表，找到指向对象的所有弱引用指针，把它们置成 nil。

weakSelf 和 strongSelf：

weakSelf是将一根weak声明的指针指向了self，在self -> self.view -> view -> callBackBlock -> self循环中，weakSelf使用弱引用的方式从callBackBlock -> self处打破循环引用。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    CustomView *view = [[CustomView alloc] init];
    [self.view addSubview:view];
    __weak __typeof__(self) weakSelf = self;
    view.callbackBlock = ^{
        [weakSelf doSomething];
    }
}

但是使用weakSelf存在一个 callbackBlock 执行时self对象会释放的问题，如果在刚刚执行callbackBlock 中的方法时 weakSelf 就为 nil了，那么callbackBlock中的所有方法中的weakSelf都会是nil，callbackBlock的输出结果是唯一的，不会造成什么影响。但是如果self是在callbackBlock执行到一半的时候释放的，就会导致 callbackBlock出现多种不同的执行结果，这种时候就需要利用strongSelf来保证在所在block的作用域中self不被释放。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    CustomView *view = [[CustomView alloc] init];
    [self.view addSubview:view];
    //将指向self的指针变成弱指针，这样不会造成循环引用
    __weak __typeof__(self) weakSelf = self;
    view.callbackBlock = ^{
        //保证在所在block的作用域中self不被释放
        //如果不加strongSelf，可能会出现在doSomething时self还存在，而在执行doAnoterThing时，self变成了nil
        __typeof__(self) strongSelf = weakSelf;
        [strongSelf doSomething];
        [strongSelf doAnoterThing];
    }
}

在嵌套block中，每个block中都需要设置strongSelf。

DemoViewController.m

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    CustomView *view = [[CustomView alloc] init];
    [self.view addSubview:view];
    //将指向self的指针变成弱指针，这样不会造成循环引用
    __weak __typeof__(self) weakSelf = self;
    view.callbackBlock = ^{
        //保证在callbackBlock作用域内的self一直不释放
        //如果self进入block时就为nil，则一直为nil。
        __typeof__(self) strongSelf = weakSelf;
        [strongSelf doSomething];
        [strongSelf doAnoterThing];
        obj.objCallbackBlock = ^{
            //需要重新设置strongSelf，保证在objCallbackBlock作用域内的self一直不释放
            __typeof__(self) strongSelf = weakSelf;
            [strongSelf doObjSomething];
            [strongSelf doObjAnotherThing];
        }
    }
}

4.Core Foundation

__bridge
只做类型转换，不修改相关对象的引用计数，原来的 Core Foundation 对象在不用时，需要调用 CFRelease 方法。
- Core Foundation对象 -> Objective-C对象
  NSMutableString *mString;
  CFMutableStringRef cfstr;
  {
  //通过CFCreate系列方法创建，内存块引用计数为1
  CFMutableStringRef cfstring = CFStringCreateMutable(kCFAllocatorDefault, 1);
  //由于mString是__strong修饰符修饰的，mString指向内存快时引用计数++
  //引用计数为2
  mString = (__bridge NSMutableString *)cfstring;
  cfstr = cfstring;
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstring));
  }
  //由于CF对象不会自动释放，所以引用计数为2
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
- Objective-C对象 -> Core Foundation对象
  CFMutableStringRef cfstr;
  {
  //通过alloc方法创建内存块，内存块引用计数为1
  NSMutableString *mString = [[NSMutableString alloc] init];
  //通过__bridge转换，内存块上的引用计数不变，依旧为1
  cfstr = (__bridge CFMutableStringRef)mString;
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
  }
  //内存块通过Arc机制释放，cfstr所指为野指针，崩溃或为未知对象
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
__bridge_retained
类型转换后，将相关对象的引用计数加 1，原来的 Core Foundation 对象在不用时，需要调用 CFRelease 方法。
- Core Foundation对象 -> Objective-C对象 ERROR
  NSMutableString *mString;
  CFMutableStringRef cfstr;
  {
  //通过CFCreate系列方法创建，内存块引用计数为1
  CFMutableStringRef cfstring = CFStringCreateMutable(kCFAllocatorDefault, 1);
  //由于mString是__strong修饰符修饰的，mString指向内存快时引用计数++
  //但由于是__bridge_retained，引用计数又会+1，在ARC下编译会报错
  mString = (__bridge_retained NSMutableString *)cfstring;
  cfstr = cfstring;
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstring));
  }
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
- Objective-C对象 -> Core Foundation对象
  CFMutableStringRef cfstr;
  {
  //通过alloc方法创建内存块，内存块引用计数为1
  NSMutableString *mString = [[NSMutableString alloc] init];
  //因为是__bridge_retained 所以引用计数++
  //内存块引用计数为2
  cfstr = (__bridge_retained CFMutableStringRef)mString;
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
  }
  //ARC下出了作用域，mString被释放，引用计数--
  //引用计数为1
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
__bridge_transfer
类型转换后，将该对象的引用计数交给 ARC 管理，Core Foundation 对象在不用时，不再需要调用 CFRelease 方法。
- Core Foundation对象 -> Objective-C对象
  NSMutableString *mString;
  CFMutableStringRef cfstr;
  {
  //通过CFCreate系列方法创建，内存块引用计数为1
  CFMutableStringRef cfstring = CFStringCreateMutable(kCFAllocatorDefault, 1);
  //因为是__bridge_transfer 所以引用计数交由OC对象管理
  //引用计数为1 不变
  mString = (__bridge_transfer NSMutableString *)cfstring;
  cfstr = cfstring;
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstring));
  }
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
- Objective-C对象 -> Core Foundation对象 ERROR
  CFMutableStringRef cfstr;
  {
  //通过alloc方法创建内存块，内存块引用计数为1
  NSMutableString *mString = [[NSMutableString alloc] init];
  //因为是__bridge_transfer 所以引用计数交由CF对象管理
  //在ARC下编译会报错
  cfstr = (__bridge_transfer CFMutableStringRef)mString;
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
  }
  NSLog(@"retain count = %ld",CFGetRetainCount(cfstr));
总结
1. Objective-C对象 -> Core Foundation对象用__bridge或__bridge_retain。
2. Core Foundation对象 -> Objective-C对象用__bridge或__bridge_transfer。

iOS内存管理理解

1.简介

2.引用计数（Reference Count）

3.循环引用（Reference Cycle）

4.Core Foundation

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