iOS 自動釋放池autoreleasepool(一)

前言

在前面幾篇文章，說了關於OC中的內存佈局、內存管理方案、以及MRC狀況下的retainCount、retain、release，可是MRC也已是過去式了，此次來講說ARC。 從MRC到ARC的變化 就取決於@autoreleasepool。

@autoreleasepool 自動釋放池： 管理內存的池，把不須要的對象放在自動釋放池中，自動釋放(延遲釋放)這個池子內的對象。

@autoreleasepool的應用場景:

1. 存在大量臨時變量的時候
2. 非UI操做，如：命令行
3. 本身建立輔助線程

從哪開始

AutoreleasePool建立和釋放

咱們能夠在工程中隨便找個地方打個斷點 po [NSRunLoop currentRunLoop]

• 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。

也就是說AutoreleasePool建立是在一個RunLoop事件開始以前(push)，AutoreleasePool釋放是在一個RunLoop事件即將結束以前(pop)。 AutoreleasePool裏的Autorelease對象的加入是在RunLoop事件中，AutoreleasePool裏的Autorelease對象的釋放是在AutoreleasePool釋放時。 以上內容參考自這位老哥

查看@autoreleasepool{ }編譯成C++代碼

使用編譯器clang編譯main.m轉化成main.cpp文件（在終端：clang -rewrite-objc main.m）

$ cd main.m所在文件夾

$ clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

會在原有路徑下生成一個main.cpp，點開以後咱們能夠找到以下代碼：

可知：main函數在c++中被編譯成了上圖中的模樣，核心重點一看就知道是這個 __AtAutoreleasePool，在當前代碼直接搜索，很容易就能找到下面這些代碼

注意：這裏的~是C++的析構函數(destructor) 與構造函數相反，當對象脫離其做用域時（例如對象所在的函數已調用完畢），系統自動執行析構函數。

從上圖咱們能夠找到兩個東西，從名字也很淺顯，一個進池子一個出池子
objc_autoreleasePoolPush
objc_autoreleasePoolPop
結合上面的注意點，我以爲能夠先這麼總結一下

@autoreleasepool，就是把在它做用域(就是"{}")中的代碼，先push進去，而後等這些代碼都幹完活了，再把他們pop出去。

走進源碼

咱們先看一下這個 objc_autoreleasePoolPush

void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
複製代碼

這裏出現了一個AutoreleasePoolPage，且語法是C++的語法。咱們這裏先看看這個AutoreleasePoolPage是何方神聖。

AutoreleasePoolPage

咱們先看看變量聲明

class AutoreleasePoolPage 
{
# define EMPTY_POOL_PLACEHOLDER ((id*)1)
# define POOL_BOUNDARY nil
    static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;
    static uint8_t const SCRIBBLE = 0xA3;  // 0xA3A3A3A3 after releasing
    static size_t const SIZE = 
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
        PAGE_MAX_SIZE;  // must be multiple of vm page size
#else
        PAGE_MAX_SIZE;  // 4096字節 size and alignment, power of 2
#endif
    static size_t const COUNT = SIZE / sizeof(id);

    magic_t const magic; // 4*4字節 用來校驗 AutoreleasePoolPage 的結構是否完整；
    id *next; // 8字節 指向最新添加的 autoreleased 對象的下一個位置，初始化時指向 begin() ；
    pthread_t const thread; // 8字節 指向當前線程；
    AutoreleasePoolPage * const parent; // 8字節，指向父結點，第一個結點的 parent 值爲 nil ；雙向鏈表上一個節點
    AutoreleasePoolPage *child; //8字節, 指向子結點，最後一個結點的 child 值爲 nil ；雙向鏈表下一個節點
    uint32_t const depth; // 4字節，表明深度，從 0 開始，日後遞增 1；
    uint32_t hiwat; // 4字節 ， 表明 high water mark 。
    //這幾個加起來是56字節  
    ...
}
複製代碼

由上圖能夠看到AutoreleasePoolPage的大小爲4096字節，其中自身變量佔用56個字節。 這裏能夠來驗證一下。 這裏先介紹一下這個函數，這個能夠打印當前AutoreleasePool中Page的狀態

void
_objc_autoreleasePoolPrint(void); 
複製代碼

已知AutoreleasePoolPage size = 4096，自身佔用56，那麼剩餘空間爲4096-56=4040。 一個NSObject的大小爲8字節，就是說一個AutoreleasePoolPage的剩餘空間還能夠容納4040/8=505個NSObject。 因此就來一波這種操做

void
_objc_autoreleasePoolPrint(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        for (int i = 0 ; i<505; i++) {
            NSObject *obj = [[NSObject new]autorelease];
        }
        _objc_autoreleasePoolPrint();
     }
    return 0;
}
複製代碼

而後看一下打印信息

中間省略幾百個NSObject...

能夠看到上面兩張圖合起來的話，一共出現了2個PAGE。

• 第一個PAGE標記了(full)(cold)第一個詞很容易理解，就是滿了，第二個詞大意就是「涼了」能夠理解成不活躍了。
• 第二個PAGE標記了(hot)就是(cold)的反義詞咯，那就理解成活躍的意思。 總而言之，就是第一個PAGE滿了且被標記成非活躍狀態，第二個PAGE沒滿且是活躍狀態。

那麼問題來了，按照咱們先前的計算，505個不是應該剛恰好裝滿一個PAGE嗎？這第二頁是什麼鬼？明顯就是多出了一個什麼奇怪的東西。 咱們觀察一下這三個地址

objc[32613]: [0x102002000] ................ PAGE (full) (cold) objc[32613]: [0x102002038] ################ POOL 0x102002038 objc[32613]: [0x102002040] 0x100f8d780 NSObject

前兩個地址的區別就在於一個38，這裏是16進制， 因此38在十進制中爲 3*16+8 = 56，因此這一系列的#號爲變量進入pool的起點 第三個地址就是從38變成了40，38要變成40，在16機制中就是須要38中的8再加上8，讓3變成4。 因此就是這 0x102002038 裏面的東西在做怪。那這個又是什麼呢？ 這裏我先貼一下部分代碼

id *autoreleaseNoPage(id obj)
    {
        // "No page" could mean no pool has been pushed
        // or an empty placeholder pool has been pushed and has no contents yet
        assert(!hotPage());

        // 翻譯：pushExtraBoundary 推入一個額外邊界
        bool pushExtraBoundary = false;
        if (haveEmptyPoolPlaceholder()) {
            //當push一個新頁或者第一頁的時候，在push以前須要先push一個poolboundary(邊界)
            pushExtraBoundary = true;
        }
        else if (obj != POOL_BOUNDARY  &&  DebugMissingPools) {
            // 異常狀況，拋錯
            _objc_inform("MISSING POOLS: (%p) Object %p of class %s "
                         "autoreleased with no pool in place - "
                         "just leaking - break on "
                         "objc_autoreleaseNoPool() to debug", 
                         pthread_self(), (void*)obj, object_getClassName(obj));
            objc_autoreleaseNoPool(obj);
            return nil;
        }
        else if (obj == POOL_BOUNDARY  &&  !DebugPoolAllocation) {
            // We are pushing a pool with no pool in place,
            // and alloc-per-pool debugging was not requested.
            // Install and return the empty pool placeholder.
            return setEmptyPoolPlaceholder();
        }
        // Install the first page.
        AutoreleasePoolPage *page = new AutoreleasePoolPage(nil);
        setHotPage(page);
        
        // Push a boundary on behalf of the previously-placeholder'd pool.
        if (pushExtraBoundary) {  
            page->add(POOL_BOUNDARY);
        }
        
        // Push the requested object or pool.
        return page->add(obj);
    }
複製代碼

這裏解讀一下這段代碼 當咱們push一個對象進來時，沒有page或者page滿了，須要到新的一頁的時候，他就會將pushExtraBoundary設置爲true，在底下會判斷pushExtraBoundary，若是爲true，就會先push一個POOL_BOUNDARY進入page中。

因此這個POOL_BOUNDARY就是咱們上文中的「奇怪的東西」，從字面翻譯咱們能夠理解爲這是一個「邊界」或者叫「邊界符」

總結：

1. autoreleasepool由許許多多的AutoreleasePoolPage組成
2. 當一個AutoreleasePoolPage裝滿以後，就會建立新的AutoreleasePoolPage，兩個Page之間用parent/child互相關聯，從而證實雙向鏈表的說法
3. 在AutoreleasePoolPage自身變量的56個字節以後，當push對象進page時，會先push一個邊界符進去POOL_BOUNDARY。這個邊界符也佔8個字節

這裏給一張圖，能夠更好的理解，加深印象

這篇文章先到這裏，下一篇autoreleasepool將會解析push跟pop