iOS-內存管理(一)-佈局&方案

內存佈局

• 棧區：由編譯器分配和釋放，是一種從高地址向低地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域，先進後出(FILO)。主要用於存儲函數、方法、指針、臨時變量，簡單類型的變量。優勢是效率高。
• 堆區：在運行時由程序員分配和釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由系統回收。堆是一種從低地址向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域，以鏈表的方式進行存儲。經過alloc生成的對象，或者block拷貝的對象等。相比棧區效率較低。
• .bbs區：靜態區域，系統分配和釋放，用來存儲未初始化的全局變量、靜態變量。
• .data區：系統分配和釋放，用來存儲初始化的全局變量、靜態變量。
• .text區：系統分配和釋放，程序加載到內存中存儲的區域。

- (void)test {
    // 存放放在棧區
    int a = 10
    
    // &obj存放在棧區
    // obj存放在堆區
    NSObject *obj = [NSObject alloc]；
}
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棧效率比堆高的緣由以下：

1. 有寄存器直接對棧進行訪問，而對堆訪問，只能是間接尋址。
2. 棧中數據cpu命中率更高，知足局部性原理。
3. 棧是編譯時系統自動分配空間，而堆是動態分配（運行時分配空間），因此棧的速度快。
4. 棧是先進後出的隊列結構，比堆結構相對簡單，分配速度大於堆。

局部變量

在函數內部聲明，做用域只在當前{}以內。 存儲位置：自動保存在函數的每次執行的【棧幀】中，並隨着函數結束後自動釋放。

全局變量

全局變量是一種在函數外聲明、能夠跨文件訪問的變量。它能夠在聲明時賦值，也能夠在使用的時候賦值，若是在聲明是沒有賦值，系統會默認分配爲空值。聲明方式以下：

NSString *global;
NSString *global = @"AAA";
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全局變量保存在內存的全局存儲區中，佔用靜態的存儲單元；局部變量保存在棧中，只有在所在函數被調用時才動態地爲變量分配存儲單元。

咱們能夠在block內部直接訪問全局變量，而不須要藉助其餘修飾詞。

使用全局變量不能在.h中定義，別的文件導入當前文件的時候會報錯，duplicate symbols for architecture x86_64。由於在編譯階段，頭文件的信息都會copy到文件中，這樣的話會出現全部引入的頭文件的都會有這麼一個全局變量，因此會出現重名的狀況。解決這種問題，咱們能夠將其定義在.m文件中，而後在須要使用的地方使用extern關鍵字獲取。

static

• 當static關鍵字修飾局部變量時，只會初始化一次，在內存中只有一塊地址。

- (void)staticLocalTest {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        static int num = 0;
        num += 1;
        NSLog(@"==static num==%d==", num);
    }
}
複製代碼

能夠看出，被static修飾的變量，延長了生命週期，本該在for循環中每一次循環就銷燬，實際上只會初始化一次，在for循環結束以後才銷燬。

• 當static關鍵字修飾全局變量時，若是是在.m文件中，做用域僅限於當前文件，外部類是不能夠訪問到該全局變量的；若是是在.h文件中，能夠被任意引入當前文件做爲頭文件的文件所使用。

靜態全局變量

static 類型 變量名；
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靜態全局變量在每一個文件中都會單獨拷貝一份地址，互不影響。好比我在文件A中定義了一份靜態全局變量，分別在A、B、C三個文件中使用，他們的賦值是互不影響的。而全局變量是隻有一份地址，這是它們的不一樣點。

內存管理方案

iOS系統根據使用場景的不一樣，提供了3種方案：

• TaggedPointer：對於一些小對象，如NSNumber、NSDate等採用此種方案
• NONPOINTER_ISA：64位架構下iOS應用程序
• 散列表：散列表爲複雜的數據結構，包含了引用計數表和弱引用表

1. TaggedPointer

TaggedPointer是蘋果從64bit開始使用的一項內存管理技術，用於優化NSNumber、NSDate、NSString等小對象的存儲。在沒有使用TaggedPointer以前，這些小對象須要動態分配內存、維護引用計數等。使用了Tagged Pointer，指針的值再也不是地址了，而是真正的值。實際上它再也不是一個對象了，而是一個普通變量而已。因此，它的內存並不存儲在堆中，不須要malloc申請、或者是釋放。當指針不夠存儲數據時，纔會使用動態分配內存的方式來存儲數據。

如：沒有使用TaggedPointer的時候，NSNumber指針存儲的是堆中NSNumber對象的地址值。使用TaggedPointer以後，NSNumber指針裏面存儲的數據變成了：Tag + Data，也就是將數據直接存儲在了指針中。

經過下面例子咱們來看一下系統對TaggedPointer的特殊處理：

- (void)taggedpointerTest {
    self.queue = dispatch_queue_create("com.cooci.cn", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    
    for (int i = 0; i<10000; i++) {
        dispatch_async(self.queue, ^{
            self.nameStr = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
             NSLog(@"%@",self.nameStr);
        });
    }
    
    for (int i = 0; i<10000; i++) {
        dispatch_async(self.queue, ^{
            self.nameStr = [NSString stringWithFormat:@"carshcarshcarshcarshcarshcarshcarshcarshcarshcarsh"];
            NSLog(@"%@",self.nameStr);
        });
    }
}
複製代碼

運行程序，第二個for循環會崩潰，提示objc_release異常。崩潰的緣由是能夠看到是由於多線程訪問setter/getter，那麼爲何第一個for循環沒有崩潰呢？從代碼看兩個for循環的區別就是第一個nameStr賦值短，第二個長一些。打斷點，在控制檯查看信息，能夠看到第一個循環中的nameStr是NSTaggedPointerString *，而第二個是NSCFString *。查看retain/release的源碼，能夠看到：

id objc_retain(id obj)
{
    if (!obj) return obj;
    if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
    return obj->retain();
}

id objc_release(id obj)
{
    if (!obj) return;
    if (obj->isTaggedPointer()) return;
    return obj->release();
}
複製代碼

剛纔咱們說了，TaggedPointer的存儲是類型+數據，那麼咱們來具體看一下，它的存儲策略：

• 指針地址首位肯定類型，用來區分NSNumber、NSDate、NSString。如，0xb表明NSNumber。
• 若是是字符串，最後一位存儲字符串長度
• 其他位利用ASCII碼編碼值來存儲字符

2. NONPOINTER_ISA

NONPOINTER_ISA是MACOSX_VERSION_10_11以後出來的對isa內存的優化。在isa中添加了更多的信息。

uintptr_t nonpointer        : 1;                                    
uintptr_t has_assoc         : 1;                                    
uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                    
uintptr_t shiftcls          : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
uintptr_t magic             : 6;                                    
uintptr_t weakly_referenced : 1;                                    
uintptr_t deallocating      : 1;                                    
uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                    
uintptr_t extra_rc          : 19
複製代碼

• nonpointer：表示是否對isa指針開啓指針優化。0表示純isa指針，11表示不止是類對象地址，isa中包含了類信息、對象的引用計數等。
• has_assoc：關聯對象標誌位，0沒有，1存在。
• has_cxx_dtor：該對象是否有c++或者objc的析構器，若是有析構函數，則須要作析構邏輯，若是沒有，則能夠更快的釋放對象。
• shiftcls：存儲類指針的值。開啓指針優化的狀況下，在arm64架構中有33位用來存儲類指針。
• magic：用於調試器判斷當前對象是真的對象仍是沒有初始化的空間。
• weakly_referenced：志對象是否被指向或者曾經指向一個ARC的弱變量，沒有弱引用的對象能夠更快釋放。
• deallocating：標誌對象是否正在釋放內存。
• has_sidetable_rc：當對象引用技術大於10時，則須要借用該變量存儲進位。
• extra_rc：當表示該對象的引用計數值，其實是引用計數值減1， 例如，若是對象的引用計數爲10，那麼extra_rc爲9。若是引用計數大於10，則須要使用到has_sidetable_rc。

3. 散列表

散列表是一張哈希結構的表，其包含了自旋鎖、引用計數表、弱引用表。其中的引用計數表，就是來對內存管理作處理的。