《Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程和内存管理》读书笔记

《Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程和内存管理》读书笔记

第一章:自动引用计数

  • 自己生成的对象,自己所持有。
  • 非自己生成的对象,自己也能持有
  • 不再需要自己持有的对象时释放
  • 非自己持有的对象无法释放
对象操作 Objective-C方法
生成并持有对象 alloc/new/copy/mutableCopy等
持有对象 retain
释放对象 release
废弃对象 dealloc

Cocoa 框架中 Foundation 框架类库的 NSObject 类担负内存管理的职责。

自己生成的对象,自己所持有

使用以下名称开头的方法名意味着自己生成的对象只有自己持有:

  • alloc
  • new
  • copy
  • mutableCopy

使用 NSObject 类的 alloc 类方法就能自己生成并持有对象。另外,使用 new 类方法也能生成并持有对象。[NSObject new][[NSObject alloc] init] 是完全一致的

非自己生成的对象,自己也能持有

用上述方法之外的方法取得的对象即用 alloc/new/copy/mutableCopy 以外的方法取得的对象,因为非自己生成并持有,所以自己不是该对象的持有者。例如 NSArray 类的 array 类方法。通过 retain 方法,非自己生成的对象成为了自己所持有的。

不再需要自己持有的对象时释放

自己持有的对象,一旦不再需要,持有者有义务释放该对象,释放使用的是 release 方法。
alloc/new/copy/mutableCopy 方法生成并持有的对象,或者用 retain 方法持有的对象,一旦不再需要,务必要用 release 方法进行释放

autorelease 提供这样的功能,使对象再超出指定的生存范围时能够自动并正确地释放(调用release方法)
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无法释放非自己持有的对象

对于用 alloc/new/copy/mutableCopy 方法生成并持有的对象,或者用 retain 方法持有的对象,由于持有者是自己,所以在不需要该对象时需要将其释放。而由此以外所得到的对象绝对不能释放。倘若在应用程序中释放了非自己所持有的对象就会造成崩溃。

  • Objective-C 的对象中存有引用技术这一整数值。
  • 调用 alloc 或是 retain 方法后,引用计数值加 1.
  • 调用 release 后,引用技术减 1.
  • 引用计数值为 0 时,调用 dealloc 方法废弃对象。

苹果对引用计数大概是采用 散列表(引用计数表)来管理引用计数

GNUstep 将引用计数保存在对象占用内存块头部的变量中,而苹果则是保存在引用计数表的记录中。

通过内存块头部管理引用计数的好处:

  • 少量代码即可完成
  • 能够统一管理引用计数用内存块与对象用内存块

通过引用计数表管理引用计数的好处:

  • 对象用内存块的分配无序考虑内存块头部
  • 引用计数表各记录中存有内存块地址,可从各个记录追溯到各对象的内存块

在利用工具检测内存泄露时,引用计数表的各记录也有助于检测各对象的持有者是否存在。

autorelease

autorelease 就是自动释放,这看上去很像 ARC ,实际上更类似于 C 语言中自动变量(局部)变量的特性。
C 语言的自动变量特性:程序执行时,若某自动变量超出其作用域,该自动变量将被自动废弃。
与 C 语言的自动变量不同的是,编程人员可以设定变量的作用域。
autorelease 的具体使用方法如下:

  1. 生成并持有 NSAutoreleasePool 对象
  2. 调用已分配对象的 autorelease 实例方法
  3. 废弃 NSAutoreleasePool 对象

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NSAutoreleasePool 对象的生存周期相当于 C 语言变量的作用域。对于所有调用过 autorelease 实例方法的对象,在废弃NSAutoreleasePool 对象时,都将调用 release 实例方法。
在大量产生 autorelease 对象时,需要在适当的地方生成、持有或废弃 NSAutoreleasePool 对象。
调用 NSObject 类的 autorelease 实例方法,该对象将被追加到正在使用的 NSAutoreleasePool 对象中的数组里。即 本质就是调用 NSAutoreleasePool 对象的 addObject 类方法。

ARC 规则

循环引用容易发生内存泄露,所谓内存泄露就是应当废弃的对象在超出其生存周期后继续存在。使用__weak修饰符可避免循环引用,__weak修饰符与__strong修饰符 相反,提供弱引用。弱引用不能持有对象实例,因为__weak修饰符的变量不吃又对象,所以在超出其变量作用域时,对象即被释放。
__weak修饰符还有另一优点:在持有对象的弱引用时,若该对象被被废弃,则此弱引用将自动失效且处于 nil 被赋值的状态。

在 ARC 有效的情况下编译源代码需遵守如下规则:

  • 不能使用 retain/release/retainCount/autorelease
  • 不能使用 NSAllocateObject / NSDeallocateObject
  • 须遵守内存管理的方法命名规则
  • 不要显式调用 dealloc
  • 使用 @autoreleasepoll 块替代 NSAutoreleasePool
  • 不能使用区域 (NSZone)
  • 对象型变量不能作为 C 语言结构体(struct/union)的成员
  • 显式转换 idvoid * , 通过 (__bridge void *)(__bridge id) 进行桥接

__weak 修饰符

weak 表与引用计数表相同,作为散列表被实现。如果使用 weak 表,将废弃对象的变量的地址作为键值进行检索,就能高速地获取对应的附有 __weak 修饰符的变量的地址。另外,由于一个对象可同时赋值给多个附有 __weak 修饰符的变量中,所以对于一个键值,可注册多个变量的地址。

如果附有 __weak 修饰符的变量所引用的对象被废弃,则将 nil 赋值给该变量的步骤:

  1. 从 weak 表中获取废弃对象的地址为键值的记录
  2. 将包含在记录中的所有附有 __weak 修饰符的变量的地址,赋值为 nil.
  3. 从 weak 表中删除该记录
  4. 从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录

如果大量使用附有 __weak 修饰符的变量,会消耗相应的 CPU 资源,良策是只在需要避免循环引用时使用 __weak 修饰符。

第二章:Blocks

Blocks 是 C语言的扩充功能,用一句话表示:带有自动变量(局部变量)的匿名函数。
Block 语法:
^ 返回值类型 参数列表 表达式

使用附有 __block 说明符修饰的自动变量可在 Block 中赋值,该变量成为 __block 变量

在Block中,截获自动变量的方法并没有实现对C语言数组的截获,这时使用指针可以解决问题。

Blocks 的实现

Block 本质是一个 OC 对象,它内部也有一个 isa 指针。是封装了函数调用和函数调用环境的 OC 对象。

iOS 类的本质即 class_t 结构体:

struct class_t {
   struct class_t *isa;
   struct class_t *superclass;
   Cache cache;
   IMP *vtable;
   uintptr_t data_NEVER_USE;
}

该实例名称持有声明的成员变量、方法的名称、方法的实现(即函数指针)、属性以及父类的指针。
Block 即为 Objective-C 的对象。

Block 的三种类型

设置对象的存储域 备注
_NSConcreteStackBlock 捕获局部变量
_NSConcreteGlobalBlock 程序的数据区域(.data 区) 不捕获自动变量
_NSConcreteMallocBlock 捕获成员变量

Block 何时会复制到堆

  • 调用 Block 的 copy 实例方法时
  • Block 作为函数返回值返回时
  • 将 Block 赋值给附有 __strong 修饰符 id 类型的类或 Block 类型成员变量时
  • 在方法名中含有 usingBlock 的 Cocoa 框架方法或 GCD 的 API 中传递 Block 时。

第三章:Grand Central Dispatch

Grand Central Dispatch (GCD) 是异步执行任务的技术之一,一般将应用程序中记述的线程管理用的代码在系统级中实现,开发者只需要定义想执行的任务并追加到适当的 Dispatch Queue 中,GCD 就能生成必要的线程并计划执行任务。

多线程编程可能会出现的问题:

  • 多个线程更新相同的资源会导致数据的不一致(数据竞争)- 解决:使用 Serial Dispatch Queue (串行队列)
  • 停止等待事件的线程会导致多个线程相互持续等待(死锁)
  • 使用太多线程会消耗大量内存

Dispatch Queue 按照追加的顺序(先进先出 FIFO)执行处理,另在执行处理时存在两种 Dispatch Queue :一种是等待现在执行中处理的 Serial Dispatch Queue,另一种是不等待现在执行中处理的 Concurrent Dispatch Queue。

GCD API

可使用 dispatch_set_target_queue API 设置 Dispatch Queue 的优先级,同时也可以使多个本应并行执行的多个 Serial Dispatch Queue,在目标 Serial Dispatch Queue 上串行执行。

dispatch_after 函数并不准时
因为 Main Dispatch Queue 在主线程的 Runloop 中执行,所以在比如每隔 1/60 秒自行的 Runloop 中,Block 最快3秒后自行,最慢在3秒 + 1/60 秒后执行,并且在 Main Dispatch Queue 有大量处理追加或主线程的处理本身有延迟时,这个时间会更长。

Dispatch Group 在追加到 Dispatch Queue 中的多个处理全部结束后想执行结束处理可使用 Dispatch Group 实现。

dispatch_sync 如同简易版的 dispatch_group_wait 函数,会在指定队列中同步执行任务,在任务执行结束之前不会返回。如果在主线程同步执行 Block 就会出现死锁。

dispatch_apply 函数可进行快速遍历。由于 dispatch_apply 函数与 dispatch_sync 函数相同,会等待处理执行结束,因此推荐在 dispatch_async 函数中非同步地执行 dispatch_apply 函数。

dispatch_suspend 函数可暂时挂起指定的 Dispatch Queue。
dispatch_resume 函数可恢复指定的 Dispatch Queue。

dispatch_semaphore 函数可对操作进行更细粒度的排他控制。
dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER)
dispatch_semaphore_wait 函数等待 Dispatch Semaphore 的计数值达到大于或等于1. 该处理结束是使用 dispatch_semaphore_signal 函数将 Dispatch Semaphore 的计数值加1.

dispatch_once 函数是保证再应用程序执行中只执行一次指定处理的 API。

dispatch_IO 函数可多线程并发处理大文件,以提高文件读取速度。

GCD 实现

Block 并不是直接加入 FIFO 队列中,而是先加入 Dispatch Continuation 这一 dispatch_continuation_t 类型结构体中,然后再加入 FIFO 队列。用于记忆 Block 所属的 Dispatch Group 喝其他一些信息,通常叫上下文。

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