iOS-內存管理-理論實踐1

時間 2020-07-02

標籤 ios 內存管理理論實踐欄目 iOS 简体版

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前言

iOS開發中，內存管理是不可避免的。鑑於當下MRC已經遠去多時，本篇學習筆記主要針對ARC下的內存管理進行實踐。程序員

內存理論篇：編程

iOS-內存管理-理論篇

內存理論實踐篇：數組

實踐哪些對象須要咱們進行內存管理呢？

項目中全部實例對象原則上都須要進行內存管；繼承了 NSObject 的對象，能夠經過ARC由系統進行管理；非NSObject對象，須要本身進行對應內存管理。
而其餘非對象類型，如 int（NSInteger）、 char 、 float(CGFloat) 、 double 、 struct 、 enum 等，不須要進行內存管理。

緣由：bash

通常繼承了 NSObject 的對象，存儲在操做系統到堆裏邊。（PS：並不是全部都是這樣，建立的字符串有時候根據建立方式、位置，也會存儲到常量區）

操做系統的堆：通常由程序員分配釋放，若程序員不釋放，結束時可能由系統回收，分配方式相似數據結構的鏈表。

操做系統的棧：由操做系統自動分配釋放內存，存放函數的參數值、局部變量值等。其操做方式相似數據結構中的棧（先進後出）。

示例：數據結構

int main(int argc, const char *argv []) {
    @autoreleasepool {
        int a = 10;  // 棧
        int b = 20;  // 棧
        // p: 棧
        // Person 對象（計數器 == 1）：堆
        Person *p = [[Person alloc] init];
    }
    // 通過上面代碼後，棧裏的變量 a、b、p 都會被回收
    // 可是堆裏的 Person 對象仍會留在內存中，由於它的計數器依然是 1
    return 0;
}
複製代碼

項目中須要關注的內存管理知識點，也是容易形成內存泄露的地方

block內存管理
weak等防止循環引用的內存管理
autorelease內存管理
非OC對象，例如CF框架，C/C++語言混編等內存管理（待續）
計時器、通知等內存管理（待續）
屬性的內存管理（待續）

1、block內存管理

一、block內存類型

block內存分爲三種類型：app

一、_NSConcreteGlobalBlock（全局）

當咱們聲明一個block時，若是這個block沒有捕獲外部的變量，那麼這個block就位於全局區，此時對_NSConcreteGlobalBlock的retain、copy、release操做都無效。ARC和MRC環境下都是如此。框架

示例：聲明並定義一個全局區block函數
void (^myBlock) (int x);
   myBlock = ^(int number) {
       int result = number + 100;
       NSLog(@"result: %d",result);
   };
   myBlock(10);
複製代碼
二、_NSConcreteStackBlock（棧）

棧區block咱們平時編程基本不會遇到！由於在ARC環境下，當咱們聲明而且定義了一個block，而且沒有爲Block添加額外的修飾符（默認是__strong修飾符），若是該Block捕獲了外部的變量，實質上是有一個從_NSConcreteStackBlock轉變到_NSConcreteMallocBlock的過程，只不過是系統幫咱們完成了copy操做，將棧區的block遷移到堆區，延長了Block的生命週期。對於棧區block而言，棧block在當函數退出的時候，該空間就會被回收。oop

那何時在ARC的環境下出現_NSConcreteStackBlock呢？若是咱們在聲明一個block的時候，使用了__weak或者__unsafe__unretained的修飾符，那麼系統就不會爲咱們作copy的操做，不會將其遷移到堆區。下面咱們實驗一下：post
__weak void (^myBlock1) (int n) = ^(int num) {
       int result = num + n;
       NSLog(@"result: %d",result);
   };
   myBlock1(12);
   NSLog(@"myBlock1: %@",myBlock1);
  //打印結果 "myBlock1:<__NSStackBlock__:0x7ffff50726c0>"
  //結論：被__weak修飾的myBlock1捕獲了外部變量n，成爲一個棧區的block
複製代碼
void (^myBlock1) (int n) = ^(int num) {
       int result = num + n;
       NSLog(@"result: %d",result);
   };
   myBlock1(12);
   NSLog(@"默認myBlock1: %@",myBlock1);
  //打印結果 "默認myBlock1:<__NSMallocBlock__:0x604000259020>"
  //結論：不使用__weak修飾，在默認修飾符環境下，捕獲了外部變量的block位於堆區
複製代碼
咱們能夠手動地去執行copy方法，驗證系統爲咱們作的隱式轉換：
__weak void (^myBlock1) (int n) = ^(int num) {
       int result = num + n;
       NSLog(@"result: %d",result);
   };
   myBlock1(12);
   NSLog(@"手動copy myBlock1: %@",[myBlock1 copy]);
  //打印結果 "手動copy myBlock1:<__NSMallocBlock__:0x60000025c020>"
  //結論：手動執行copy方法以後，block被遷移到了堆區
複製代碼
三、_NSConcreteMallocBlock（堆）

在MRC環境下，咱們須要手動調用copy方法才能夠將block遷移到堆區，而在ARC環境下，__strong修飾的（默認）block只要捕獲了外部變量就會位於堆區，NSMallocBlock支持retain、release，會對其引用計數＋1或 -1。

二、block實際運用

一、當使用局部變量時，須要添加__block
__blockintnum =100;
self.tBlock= ^(int n) {
   num = num + n;
   NSLog(@"%d",num);
};
self.tBlock(100);
複製代碼
二、當使用全局變量時，須要時使用__weak typeof(self)weakSelf = self修飾，不然會形成循環引用
__weak typeof(self)weakSelf = self;
weakSelf.qBlock= ^(NSString*str) {
   NSLog(@"%@",weakSelf.nameStr);
};
複製代碼
三、這樣循環問題是解決了，可是又會致使一個新的問題，假如在block有一個耗時操做，在這個過程self被銷燬了，而weakself也會隨着self的銷燬而銷燬，block又要對weakself進行某些操做，這是拿到的weakself就是nil了。（緣由請參考iOS-內存管理-理論篇 __weak -內存理論）
__weak typeof(self)weakSelf = self;
weakSelf.qBlock= ^(NSString*str) {
   _strong__typeof(self) strongSelf = weakSelf;
   NSLog(@"%@",strongSelf.nameStr);
};
self.tBlock(100);
複製代碼

block 小結：

block做爲屬性，使用copy修飾時(strong修飾符不會改變block內存類型),所以使用copy或strong修飾均可以。block中使用weak通常是爲了防止循環引用，爲了不重複，在這裏就不過多介紹weak的使用。

項目當中使用block儘可能不要嵌套，若是實在嵌套也請控制在一層。否則很容易形成內存泄露或是地獄回調。特別是若是是用block進行數據傳遞，多層嵌套的block很容易形成數據缺失，app崩潰，並且項目複雜之後很難排查。

2、weak等防止循環引用的內存管理

一、weak的實現原理

Runtime維護了一個weak表，用於存儲指向某個對象的全部weak指針，對於 weak 對象會放入一個 hash 表中,Key是所指對象的地址，Value是weak指針的地址（這個地址的值是所指對象的地址）數組。當此對象的引用計數爲0的時候會 dealloc，假如 weak 指向的對象內存地址是a，那麼就會以a爲鍵，在這個 weak 表中搜索，找到全部以a爲鍵的 weak 對象，從而設置爲 nil。

注：因爲可能多個weak指針指向同一個對象，因此value爲一個數組

weak 的實現原理能夠歸納如下三步：

一、初始化時：runtime會調用objc_initWeak函數，初始化一個新的weak指針指向對象的地址。示例代碼:
{
   id __weak obj1 = obj;
}
複製代碼
當咱們初始化一個weak變量時，runtime會調用objc_initWeak函數。這個函數在Clang中的聲明以下：
id objc_initWeak(id *object, id value);
複製代碼
其具體實現以下：
id objc_initWeak(id *object, id value)
{
   *object = 0;
   return objc_storeWeak(object, value);
}
複製代碼
示例代碼輪換成編譯器的模擬代碼以下：
id obj1;
objc_initWeak(&obj1, obj);

複製代碼
所以，這裏所作的事是先將obj1初始化爲0(nil)，而後將obj1的地址及obj做爲參數傳遞給objc_storeWeak函數。objc_initWeak函數有一個前提條件：就是object必須是一個沒有被註冊爲__weak對象的有效指針。而value則能夠是null，也能夠指向一個有效的對象。
二、添加引用時：objc_initWeak函數會調用 objc_storeWeak() 函數。

objc_storeWeak() 的做用是更新指針指向，建立對應的弱引用表。

三、釋放時，調用clearDeallocating函數。

clearDeallocating函數首先根據對象地址獲取全部weak指針地址的數組，而後遍歷這個數組把其中的數據設爲nil，最後把這個entry從weak表中刪除，最後清理對象的記錄。

二、釋放時機

在dealloc的時候，會將weak屬性的值會自動設置爲nil

3、autorelease內存管理

一、autoreleasePool何時建立的，裏面的對象又是何時釋放的？

一、系統經過runloop建立的autoreleasePool

runloop 能夠說是iOS 系統的靈魂。內存管理／UI 刷新／觸摸事件這些功能都須要 runloop 去管理和實現。runloop是經過線程建立的，和線程保持一對一的關係，其關係是保存在一個全局的 Dictionary 裏。線程剛建立時並無 RunLoop，若是你不主動獲取，那它一直都不會有。RunLoop 的建立是發生在第一次獲取時，RunLoop 的銷燬是發生在線程結束時。你只能在一個線程的內部獲取其 RunLoop（主線程除外）。

runloop和autoreleasePool又是什麼關係呢？對象又是何時釋放的？

App啓動後，蘋果在主線程 RunLoop 裏註冊了兩個 Observer，其回調都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一個 Observer 監視的事件是 Entry(即將進入Loop)，其回調內會調用 _objc_autoreleasePoolPush() 建立自動釋放池。其 order 是-2147483647，優先級最高，保證建立釋放池發生在其餘全部回調以前。

第二個 Observer 監視了兩個事件： BeforeWaiting(準備進入休眠) 時調用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 釋放舊的池並建立新池；Exit(即將退出Loop) 時調用 _objc_autoreleasePoolPop() 來釋放自動釋放池。這個 Observer 的 order 是 2147483647，優先級最低，保證其釋放池子發生在其餘全部回調以後。

在主線程執行的代碼，一般是寫在諸如事件回調、Timer回調內的。這些回調會被 RunLoop 建立好的 AutoreleasePool 環繞着，因此不會出現內存泄漏，開發者也沒必要顯示建立 Pool 了。

二、手動autoreleasePool

咱們能夠經過@autoreleasepool {}方式手動建立autoreleasepool對象，那麼這個對象何時釋放呢？答案是除了autoreleasepool的大括號就釋放了。

三、子線程的autoreleasepool對象的管理？
線程剛建立時並無 RunLoop，若是你不主動獲取，那它一直都不會有。因此在咱們建立子線程的時候，若是沒有獲取runloop，那麼也就沒用經過runloop來建立autoreleasepool，那麼咱們的autorelease對象是怎麼管理的，會不會存在內存泄漏呢？答案是否認的，當子線程有autoreleasepool的時候，autorelease對象經過其來管理，若是沒有autoreleasepool，會經過調用 autoreleaseNoPage 方法，將對象添加到 AutoreleasePoolPage 的棧中，也就是說你不進行手動的內存管理，也不會內存泄漏啦！這部分咱們能夠看下runtime中NSObject.mm的部分，有相關代碼。
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
   AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
   if (page && !page->full()) {
       return page->add(obj);
   } else if (page) {
       return autoreleaseFullPage(obj, page);
   } else {
       //調用 autoreleaseNoPage 方法管理autorelease對象。
       return autoreleaseNoPage(obj);
   }
}
複製代碼

二、autorelease在實際當中的應用？

一、使用autorelease有什麼好處呢？

不在關心對象的釋放時間

不在關心何時調用 release

二、autorelease 的建立方法
使用 NSAutoreleasePool 來建立：
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; // 建立自動釋放池
[pool release]; // [pool drain]; 銷燬自動釋放池
複製代碼
使用 @autoreleasepool 建立
@autoreleasepool
{ //開始表明建立自動釋放池
} //結束表明銷燬自動釋放池
複製代碼
三、autorelease 的使用方法
NSAutoreleasePool 用法：
NSAutoreleasePool *autoreleasePool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
[autoreleasePool drain];
複製代碼
@autoreleasepool 用法:
@autoreleasepool
{ // 建立一個自動釋放池
    Person *p = [[Person new] autorelease];
    // 將代碼寫到這裏就放入了自動釋放池
} // 銷燬自動釋放池(會給池子中全部對象發送一條release消息)
複製代碼
四、autorelease 的注意事項
並非放到自動釋放池代碼中，就會自動加入自動釋放池
錯誤案例1
@autoreleasepool {
    // 由於沒有調用 autorelease 方法,因此對象沒有加入到自動釋放池
    Person *p = [[Person alloc] init];
    [p run];
}
複製代碼
在自動釋放池的外部調用 autorelease 不會被加入到自動釋放池中。autorelease 是一個方法，只有在自動釋放池中調用纔有效
錯誤案例2
@autoreleasepool {
}
// 沒有與之對應的自動釋放池, 只有在自動釋放池中調用autorelease纔會放到釋放池
Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
[p run];

// 正確案例1
@autoreleasepool {
    Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
}

// 正確案例2
Person *p = [[Person alloc] init];
@autoreleasepool {
   [p autorelease];
}
複製代碼
五、autorelease 經典錯誤案例實際當中容易犯的錯誤
自動釋放池內不宜放佔用內存比較大的對象

儘可能避免對大內存使用該方法，對這種延遲釋放機制，仍是儘可能少用。

不要把大量循環操做放到一個 autoreleasepool 之間，這樣會形成內存峯值的上升
// 內存暴漲
@autoreleasepool {
    for (int i = 0; i < 99999; ++i) {
        //若是Person對象內存佔用大這種寫法在少許循環中就會形成嚴重內存泄露
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}

// 內存不會暴漲
for (int i = 0; i < 99999; ++i) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}
複製代碼

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