Autorelease對象何時釋放？

Autorelease機制是iOS開發者管理對象內存的好夥伴，MRC中，調用[obj autorelease]來延遲內存的釋放是一件簡單天然的事，ARC下，咱們甚至能夠徹底不知道Autorelease就能管理好內存。而在這背後，objc和編譯器都幫咱們作了哪些事呢，它們是如何協做來正確管理內存的呢？刨根問底，一塊兒來探究下黑幕背後的Autorelease機制。原文連接

Autorelease對象何時釋放？

這個問題拿來作面試題，問過不少人，沒有幾個能答對的。不少答案都是「當前做用域大括號結束時釋放」，顯然木有正確理解Autorelease機制。
在沒有手加Autorelease Pool的狀況下，Autorelease對象是在當前的runloop迭代結束時釋放的，而它可以釋放的緣由是系統在每一個runloop迭代中都加入了自動釋放池Push和Pop

小實驗

__weak id reference = nil;
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"sunnyxx"];
    // str是一個autorelease對象，設置一個weak的引用來觀察它
    reference = str;
}
- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [super viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"%@", reference); // Console: sunnyxx
}
- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated {
    [super viewDidAppear:animated];
    NSLog(@"%@", reference); // Console: (null)
}

 

這個實驗同時也證實了viewDidLoad和viewWillAppear是在同一個runloop調用的，而viewDidAppear是在以後的某個runloop調用的。
因爲這個vc在loadView以後便add到了window層級上，因此viewDidLoad和viewWillAppear是在同一個runloop調用的，所以在viewWillAppear中，這個autorelease的變量依然有值。

固然，咱們也能夠手動干預Autorelease對象的釋放時機：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    @autoreleasepool {
        NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"sunnyxx"];
    }
    NSLog(@"%@", str); // Console: (null)
}

 

Autorelease原理

AutoreleasePoolPage

ARC下，咱們使用@autoreleasepool{}來使用一個AutoreleasePool，隨後編譯器將其改寫成下面的樣子：

void *context = objc_autoreleasePoolPush();
// {}中的代碼
objc_autoreleasePoolPop(context);

 

而這兩個函數都是對AutoreleasePoolPage的簡單封裝，因此自動釋放機制的核心就在於這個類。

AutoreleasePoolPage是一個C++實現的類

• AutoreleasePool並無單獨的結構，而是由若干個AutoreleasePoolPage以雙向鏈表的形式組合而成（分別對應結構中的parent指針和child指針）
• AutoreleasePool是按線程一一對應的（結構中的thread指針指向當前線程）
• AutoreleasePoolPage每一個對象會開闢4096字節內存（也就是虛擬內存一頁的大小），除了上面的實例變量所佔空間，剩下的空間所有用來儲存autorelease對象的地址
• 上面的id *next指針做爲遊標指向棧頂最新add進來的autorelease對象的下一個位置
• 一個AutoreleasePoolPage的空間被佔滿時，會新建一個AutoreleasePoolPage對象，鏈接鏈表，後來的autorelease對象在新的page加入

因此，若當前線程中只有一個AutoreleasePoolPage對象，並記錄了不少autorelease對象地址時內存以下圖：

圖中的狀況，這一頁再加入一個autorelease對象就要滿了（也就是next指針立刻指向棧頂），這時就要執行上面說的操做，創建下一頁page對象，與這一頁鏈表鏈接完成後，新page的next指針被初始化在棧底（begin的位置），而後繼續向棧頂添加新對象。

因此，向一個對象發送- autorelease消息，就是將這個對象加入到當前AutoreleasePoolPage的棧頂next指針指向的位置

釋放時刻

每當進行一次objc_autoreleasePoolPush調用時，runtime向當前的AutoreleasePoolPage中add進一個哨兵對象，值爲0（也就是個nil），那麼這一個page就變成了下面的樣子：

objc_autoreleasePoolPush的返回值正是這個哨兵對象的地址，被objc_autoreleasePoolPop(哨兵對象)做爲入參，因而：

1. 根據傳入的哨兵對象地址找到哨兵對象所處的page
2. 在當前page中，將晚於哨兵對象插入的全部autorelease對象都發送一次- release消息，並向回移動next指針到正確位置
3. 補充2：從最新加入的對象一直向前清理，能夠向前跨越若干個page，直到哨兵所在的page

剛纔的objc_autoreleasePoolPop執行後，最終變成了下面的樣子：

嵌套的AutoreleasePool

知道了上面的原理，嵌套的AutoreleasePool就很是簡單了，pop的時候總會釋放到上次push的位置爲止，多層的pool就是多個哨兵對象而已，就像剝洋蔥同樣，每次一層，互不影響。

【附加內容】

Autorelease返回值的快速釋放機制

值得一提的是，ARC下，runtime有一套對autorelease返回值的優化策略。
好比一個工廠方法：

+ (instancetype)createSark {
    return [self new];
}
// caller
Sark *sark = [Sark createSark];

 

秉着誰建立誰釋放的原則，返回值須要是一個autorelease對象才能配合調用方正確管理內存，因而乎編譯器改寫成了形以下面的代碼：

+ (instancetype)createSark {
    id tmp = [self new];
    return objc_autoreleaseReturnValue(tmp); // 代替咱們調用autorelease
}
// caller
id tmp = objc_retainAutoreleasedReturnValue([Sark createSark]) // 代替咱們調用retain
Sark *sark = tmp;
objc_storeStrong(&sark, nil); // 至關於代替咱們調用了release

 

一切看上去都很好，不過既然編譯器知道了這麼多信息，幹嗎還要勞煩autorelease這個開銷不小的機制呢？因而乎，runtime使用了一些黑魔法將這個問題解決了。

黑魔法之Thread Local Storage

Thread Local Storage（TLS）線程局部存儲，目的很簡單，將一塊內存做爲某個線程專有的存儲，以key-value的形式進行讀寫，好比在非arm架構下，使用pthread提供的方法實現：

void* pthread_getspecific(pthread_key_t);
int pthread_setspecific(pthread_key_t , const void *);

 

說它是黑魔法可能被懂pthread的笑話- -

在返回值身上調用objc_autoreleaseReturnValue方法時，runtime將這個返回值object儲存在TLS中，而後直接返回這個object（不調用autorelease）；同時，在外部接收這個返回值的objc_retainAutoreleasedReturnValue裏，發現TLS中正好存了這個對象，那麼直接返回這個object（不調用retain）。
因而乎，調用方和被調方利用TLS作中轉，頗有默契的免去了對返回值的內存管理。

因而問題又來了，假如被調方和主調方只有一邊是ARC環境編譯的該咋辦？（好比咱們在ARC環境下用了非ARC編譯的第三方庫，或者反之）
只能動用更高級的黑魔法。

黑魔法之__builtin_return_address

這個內建函數原型是char *__builtin_return_address(int level)，做用是獲得函數的返回地址，參數表示層數，如__builtin_return_address(0)表示當前函數體返回地址，傳1是調用這個函數的外層函數的返回值地址，以此類推。

- (int)foo {
    NSLog(@"%p", __builtin_return_address(0)); // 根據這個地址能找到下面ret的地址
    return 1;
}
// caller
int ret = [sark foo];

 

看上去也沒啥厲害的，不過要知道，函數的返回值地址，也就對應着調用者結束此次調用的地址（或者相差某個固定的偏移量，根據編譯器決定）
也就是說，被調用的函數也有翻身作地主的機會了，能夠反過來對主調方乾點壞事。
回到上面的問題，若是一個函數返回前知道調用方是ARC仍是非ARC，就有機會對於不一樣狀況作不一樣的處理

黑魔法之反查彙編指令

經過上面的__builtin_return_address加某些偏移量，被調方能夠定位到主調方在返回值後面的彙編指令：

// caller
int ret = [sark foo];
// 內存中接下來的彙編指令（x86，我不懂彙編，瞎寫的）
movq ??? ???
callq ???

 

而這些彙編指令在內存中的值是固定的，好比movq對應着0x48。
因而乎，就有了下面的這個函數，入參是調用方__builtin_return_address傳入值

static bool callerAcceptsFastAutorelease(const void * const ra0) {
    const uint8_t *ra1 = (const uint8_t *)ra0;
    const uint16_t *ra2;
    const uint32_t *ra4 = (const uint32_t *)ra1;
    const void **sym;
    // 48 89 c7    movq  %rax,%rdi
    // e8          callq symbol
    if (*ra4 != 0xe8c78948) {
        return false;
    }
    ra1 += (long)*(const int32_t *)(ra1 + 4) + 8l;
    ra2 = (const uint16_t *)ra1;
    // ff 25       jmpq *symbol@DYLDMAGIC(%rip)
    if (*ra2 != 0x25ff) {
        return false;
    }
    ra1 += 6l + (long)*(const int32_t *)(ra1 + 2);
    sym = (const void **)ra1;
    if (*sym != objc_retainAutoreleasedReturnValue)
    {
        return false;
    }
    return true;
}

 

它檢驗了主調方在返回值以後是否緊接着調用了objc_retainAutoreleasedReturnValue，若是是，就知道了外部是ARC環境，反之就走沒被優化的老邏輯。

其餘Autorelease相關知識點

使用容器的block版本的枚舉器時，內部會自動添加一個AutoreleasePool：

[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop) {
    // 這裏被一個局部@autoreleasepool包圍着
}];

 

固然，在普通for循環和for in循環中沒有，因此，仍是新版的block版本枚舉器更加方便。for循環中遍歷產生大量autorelease變量時，就須要手加局部AutoreleasePool咯