淺析Block閉包

淺析Block閉包

簡單來講，block就是將函數及其上下文封裝起來的對象，從功能上能夠把它看做是C++中的匿名函數，也可稱之爲塊。

Block類型寫法：

返回值+（^Block名）+（參數）= ^（參數）{ 內容 }

以下所示:

int (^myBlock)(int a, int b) = ^(int a, int b){
    return a + b;
};
複製代碼

Block結構

Block存儲區域

Block本質上也是OC對象，因此每一個Block對象也有isa指針指向它們的類對象。根據Block類對象存儲的內存空間的不一樣可分爲三種不一樣的類，分別是：

位於全局區的Block類：__NSGlobalBlock__

位於棧區的Block類：__NSStackBlock__

位於堆區的Block類：__NSMallocBlock__

• 全局區Block：當Block不捕獲外部變量時，會被編譯器分配到全局區。由於無外部變量，因此運行時不會在Block內部進行copy或dispose操做，爲了削減開銷，因此在編譯時就肯定了大小，即存儲在全局區。以下：

void (^myBlock)(void)=^(void){
    NSLog(@"global");
};
NSLog(@"%@",[myBlock class]);

//輸出：
//__NSGlobalBlock__
複製代碼

• 棧區Block：當Block捕獲了外部變量後，會被分配到棧區。可是在ARC環境下，系統會自動爲生成的棧區Block進行copy操做，因此爲了驗證是不是在棧區，須要採用MRC環境，在main.m文件的編譯選項設置爲：-fno-objc-arc後運行以下代碼：

  NSString* flag=@"yes";
  void (^myBlock)(void)=^(void){
      NSLog(@"stack:%@",flag);
  };
  NSLog(@"%@",[myBlock class]);
  
  //輸出：
  //__NSStackBlock__
  複製代碼

• 堆區Block：在MRC模式下，用copy後，會將棧區block複製到堆區。在ARC模式下，系統自動將初始化的Block複製到堆區。

  //MRC環境下：
  NSString* flag=@"yes";
  void (^myBlock)(void)=[^(void){
      NSLog(@"stack:%@",flag);
  } copy];
  NSLog(@"%@",[myBlock class]);
  
  //輸出：
  //__NSMallocBlock__
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Block內部結構

官方的Block定義在Block_private.h中，具體的源碼：Block_private.h

#define BLOCK_DESCRIPTOR_1 1
struct Block_descriptor_1 {
    uintptr_t reserved;
    uintptr_t size;
};

#define BLOCK_DESCRIPTOR_2 1
struct Block_descriptor_2 {
    // requires BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
    void (*copy)(void *dst, const void *src);
    void (*dispose)(const void *);
};

#define BLOCK_DESCRIPTOR_3 1
struct Block_descriptor_3 {
    // requires BLOCK_HAS_SIGNATURE
    const char *signature;
    const char *layout;     // contents depend on BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT
};

//Block結構
struct Block_layout {
    void *isa;
    volatile int32_t flags; // contains ref count
    int32_t reserved; 
    void (*invoke)(void *, ...);
    struct Block_descriptor_1 *descriptor;
    // imported variables
};
複製代碼

• isa指針：指向類對象的指針，即根據不一樣分區指向：__NSGlobalBlock__、__NSStackBlock__和__NSMallocBlock__，可是這裏的底層isa實際上指向的是父類的結構體（C語言）即：_NSConcreteGlobalBlock、_NSConcreteStackBlock和_NSConcreteMallocBlock結構體，但意義是同樣的。
• flags：類型爲枚舉，主要用來保存Block的狀態信息。
• reserved：爲以後開發準備的保留信息，暫時無用。
• invoke：函數指針，指向的是實際的功能運行函數。在invoke函數的參數中還包含了Block結構體自己，這麼作的目的是在執行時，能夠從內存中獲取block中捕獲的變量。
• descriptor：主要存儲Block的附加信息，其中包括佔址大小、簽名等。默認指向Block_descriptor_1結構體，當Block被copy到堆上時，則會添加Block_descriptor_2和Block_descriptor_3，新增copy和dispose方法用來拷貝和銷燬捕獲的變量。

Block內部結構圖（來自於Effective-OC）：

Block做用

在平常的開發中，使用Block的主要用處在如下兩個方面：

1. 做爲回調的方式之一，對比於代理模式，Block可將將分散的代碼塊集中寫在一處編寫。由於有捕獲變量的機制，因此能夠很輕鬆的訪問上下文，而且Block的代碼是內聯的，運行效率會更高。

2. 正是由於有了以上的優點，因此在編寫異步代碼，做爲異步處理回調時，在封裝時每每會採用handler塊的方式來編寫相關代碼。

   在編寫handler塊時有兩種策略，一種是在一個方法中提供提供兩個Block塊分別處理CompletionHandler和errorHandler，另一種是隻提供一個Block塊，在Block塊中提供error參數，用戶本身來對error值進行判斷。通常咱們更傾向於後者的方式，由於這樣處理數據會更加靈活

兩種Handler風格以下：

Downloader *myDownloader = [[Downloader alloc] initWithURL:url];
[myDownloader downloadWithCompletionHandler:^(NSData *onlineData){
  //download success
}
failureHandler:^(NSError *error){
  //handle error
}];
複製代碼

Downloader *myDownloader = [[Downloader alloc] initWithURL:url];
[myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){
  if(succeeded){
    //download success
  }
  else{
    //handle error
  }
}];
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Block內存泄漏

當幾個oc對象互相強引用成環時，就會致使對象永遠都不會被釋放，當這些對象的數量很大時，就會形成內存泄漏，從而致使整個系統crash的風險。

舉個例子：

當A類對象強引用了B類對象，B類對象強引用了C類對象，而C對象又強引用了A類對象。假設它們都在一個代碼段中。以下圖所示：

由於a、b、c都被該代碼段所強引用，因此retainCount初始化都爲1，又由於它們互相強引用，因此在連成環的時候retainCount都變爲了2。這時候在代碼段中，不管是哪個對象先從代碼段中釋放，即retainCount--，都仍然還剩1。當整個代碼段執行完後，三個類對象a、b、c的retainCount都從2減爲了1，在整個系統中，再也沒有其餘影響因素會讓它們的retainCount減小爲0，這樣就會致使這三個對象在運行中永不釋放，從而形成內存泄漏。

在使用Block時也會很容易形成這個現象，當在網絡異步的handler塊中，咱們一般會將當前ViewController中的某個網絡數據屬性捕獲到handler中，在網絡鏈接成功後將其進行賦值，這樣就至關於Block塊間接地強引用了當前VC，而一般來講，VC確定會強引用下載器，而下載器中的Block塊通常也會作爲其屬性進行強引用。以下圖所示：

爲了解決強引用環的問題，能夠經過將任意一個鏈接處斷開便可。

• 斷開1:基本不可能，在開發中在ViewController或者時ViewModel中都會將下載器做爲屬性而非臨時變量，由於在調取過程當中會通常會根據當前下載狀態來進行下一步操做。

• 斷開2:

  方法一：不將_downloadHandler做爲屬性，而是使用臨時Block變量，一般這麼作的狀況是由於下載器類不須要屢次使用該block，對於複雜的下載器，這種策略很可貴以保證。

  方法二：（推薦）在下載操做結束後調用的方法中令self.downloadHandler = nil，只要下載請求執行完畢，_downloadHandler屬性就再也不強引用該block，就打破了強引用環。

• 斷開3：

  方法一：由於Block強引用了VC的data屬性，實際上也就強引用了VC（self），因此咱們能夠經過：__weak typeof(self) weakSelf=self將當前VC，即self弱引用化，生成一個名爲weakSelf的當前vc對象，而後在block中使用weakSelf.data=_data來進行調用。

  方法二：方法一中大部分狀況不會出現問題，可是當block塊中有延時操做，而對_data的處理也在延時操做當中時，就會出現問題了，例如：

  [self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){
    if(succeeded){
      //download success
      dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
          //延遲2s獲取data數據
          weakSelf.data = onlineData;
          NSLog(@"%@",weakSelf.data);
      });
    }
    else{
      //handle error
    }
  }];
  
  //假設成功從網絡上獲取到data
  //打印爲空
  複製代碼

  這時候就會發現，不管是weakSelf仍是self的data屬性都爲空。這就是由於在block執行完後（延時函數還未執行完），weakSelf所在的弱引用表已經被除名了，雖然延時函數還在執行。這時候當2s事後，weakSelf已經變爲了nil，對nil發送getter消息也不會報錯，因此這裏就會出現取值爲空的狀況。

  爲了解決這一問題，只須要在block內再將weakSelf在代碼段內部強引用化（該強引用僅限於Block內部）。例如：

  [self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){
    if(succeeded){
      //download success
      //將weakSelf強引用化生成該代碼段的strong變量
      __strong typeof(self) strongSelf=weakSelf;
      dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
          //延遲2s獲取data數據
          //這裏使用strongSelf臨時變量
          strongSelf.data = onlineData;
          NSLog(@"%@",strongSelf.data);
      });
    }
    else{
      //handle error
    }
  }];
  複製代碼

  這裏的strongSelf屬於臨時變量，會加到該代碼段（Block內）的autoreleasepool當中，當改處代碼段結束時會自動釋放掉，因此也就不會出現強引用狀況。

  方法三：使用臨時變量充當當前VC（self）,以下：

  __block XXXViewController* vc = self;  //這裏self的retainCount會+1
  [self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){
    if(succeeded){
      //download success
      vc.data = onlineData;
      //這裏須要注意將該臨時變量置爲nil，即將retainCount從新減爲1
      vc=nil;
    }
    else{
      //handle error
    }
  }];
  複製代碼

  這裏須要注意在賦完值後必須將該臨時變量從新置爲nil，即將retainCount減1，不然仍會出現強引用的問題。

  方法四：將當前self做爲block參數傳入，例如：

  [self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded, XXXViewController* vc){
    if(succeeded){
      //download success
      vc.data = onlineData;
    }
    else{
      //handle error
    }
  }];
  複製代碼

  這種狀況通常不多出現，由於下載器一般做爲第三方提供的API，一般參數不會有當前控制類。因此這種狀況只能用在自定義block當中使用。

總結

• 在ARC環境下開發，咱們用到的通常都是堆Block或全局Block，當捕獲外界變量時爲堆Block，不然爲全局Block
• Block主要用於代碼回調以及異步操做以下降代碼分散程度。
• Block在捕獲變量時很容易形成循環引用，致使內存泄漏。在不肯定調用第三方API是否在最後將block屬性置爲空，或者沒有使用屬性而是臨時變量做爲調用block，因此在不破環封裝性的原則下，將其視爲未處理，而後在本身的代碼中使用waekSelf和strongSelf方式來進行當前self的屬性進行操做，這樣就實現了在環節[3]中打破強引用環。