AutoreleasePool
第一次写博客，本着学习交流的目的，希望有写的不对的地方能够帮忙指出，后续还会更新；
一、基本概念
ARC下的产物，为了替代人工管理内存，大大的简化了iOS开发人员的内存管理工作；实质上是使用编译器替代人工在适当的位置插入release、autorelease等内存释放操作；
二、底层结构
ARC时代下iOS程序员最常见的是main.m函数里的@autorelease{}，这句话的含义
a. 查看@autorelease{}的C++实现
使用clang的rewrite-objc命令将main.m转换为main.cpp文件，可以到看其转换为C++的实现时的内容，从main.cpp中列出了比较重要几个地方：
1）@autoreleasepool实质上是一个__AtAutoreleasePool的结构体对象；
下面是main 函数的C++实现，声明了一个__AtAutoreleasePool对象，然后调用应用程序入口函数；
int main(int argc, char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ {
__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
return UIApplicationMain(argc, argv, __null, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("AppDelegate"), sel_registerName("class"))));
}
}
__AtAutoreleasePool的结构如下所示：
extern "C" __declspec(dllimport) void * objc_autoreleasePoolPush(void);
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_autoreleasePoolPop(void *);
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
void * atautoreleasepoolobj;
};
可以看出来，当申明了一个对象__autoreleasepool，相当于调用了objc_autoreleasePoolPush()函数，该函数的作用即向堆栈内压入一个“自动释放池”；而当int main（）函数执行完毕后，执行__autoreleasepool的析构函数objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj)，用于释放“自动释放池”；所以main()函数里可以大致这样理解：
int main(int argc, char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ {
//创建自动释放池
__AtAutoreleasePool __autoreleasepool = objc_autoreleasePoolPush();
//TODO 执行各种操作，将对象加入自动释放池
//释放自动释放池
objc_autoreleasePoolPop(__autoreleasepool)
}
}
b. AutoreleasePool的本质
已经有人在苹果的官方源码里找到了关于AutoreleasePool的底层实现NSObject.mm里，源码地址：https://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-532/runtime/NSObject.mm.auto.html
objc_autoreleasePoolPush()和objc_autoreleasePoolPop(__autoreleasepool)的实现如下：
void* objc_autoreleasePoolPush(void)
{
if (UseGC) return NULL; //如果使用垃圾回收机制
return AutoreleasePoolPage::push();
}
void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
if (UseGC) return;
// fixme rdar://9167170
if (!ctxt) return;
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
从上面可以发现，C++类AutoreleasePoolPage才是实际的实现所在，找到AutoreleasePoolPage：
class AutoreleasePoolPage
{
#define POOL_SENTINEL 0
static size_t const SIZE =
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
4096; // must be multiple of vm page size
#else
4096; // size and alignment, power of 2
#endif
magic_t const magic; //用于数据校验
id *next; //栈顶地址
pthread_t const thread; //所在的线程
AutoreleasePoolPage * const parent; //父对象
AutoreleasePoolPage *child; //子对象
uint32_t const depth; //page的序号？
uint32_t hiwat;
...
}
去除了一些不重要的代码，可以看出这是一个典型的双向列表结构，每个Page大小为4096 Byte，所以AutoreleasePool实质上是一个双向AutoreleasePoolPage列表；接下来分析一下自动释放池的工作过程：
创建自动释放池
void* objc_autoreleasePoolPush()内部实际调用的是AutoreleasePoolPage::push()函数，其实现如下：
static inline void *push()
{
if (!hotPage()) {
setHotPage(new AutoreleasePoolPage(NULL));
}
id *dest = autoreleaseFast(POOL_SENTINEL);
assert(*dest == POOL_SENTINEL);
return dest;
}
hotPage()是找出当前的正在使用的page，第一次调用时hotPage为NULL，所以新建一个parent=NULL的AutoreleasePoolPage对象作为自动释放池加入栈中，并将其设置为hotPage，然后返回POOL_SENTINEL的地址赋值给main（）函数里的变量 __autoreleasepool；
然后将一个哨兵对象POOL_SENTINEL压入栈顶，即调用autoreleaseFast（POOL_SENTINEL）
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
if (page && !page->full()) {
return page->add(obj);
} else {
return autoreleaseSlow(obj);
}
}
添加对象进自动释放池
可以看出，如果当前有page并且没有满，则直接将对象入栈顶（page->add(obj)）:
id *add(id obj)
{
assert(!full());
unprotect();
*next++ = obj;
protect();
return next-1;
}
将对象压入栈顶，然后将栈顶指针下移；
如果上述autoreleaseFast(id obj)中的page已经满了，则执行autoreleaseSlow(obj)
id *autoreleaseSlow(id obj)
{
AutoreleasePoolPage *page;
page = hotPage();
//如果没有page，则新建一个自动释放池，并添加obj对象进释放池
if (!page) {
objc_autoreleaseNoPool(obj);
return NULL;
}
//如果当前hotPage已经满了，则以链表的形式新增一个page并添加到当前page的后面，然后将此设置为hotPage；
do {
if (page->child) page = page->child;
else page = new AutoreleasePoolPage(page);
} while (page->full());
setHotPage(page);
return page->add(obj);
}
基本逻辑即，如果page不存在则，创建新的自动释放池(PoolPage),并将对象加进池子；如果已经存在自动释放池在栈中，且hotPage满了，则遍历其子page，如果存在没满（page->full()==NO）的子page,则将该子page设置为hotPage，否则如果都满了,则以最后一个子page为父page，新建一个page,插入当前的page链表,同样设置该新建的page为hotPage，然后将自动释放对象加入page；
销毁自动释放池
销毁自动释放池的调用方式是：
void AutoreleasePoolPage::pop(void *token)
token 即push()的返回值，实际上就是POOL_SENTINEL的地址(__autoreleasepool);通过该地址即可找到所在Page的地址指针，
static inline void pop(void *token)
{
AutoreleasePoolPage *page;
id *stop;
if (token) {
page = pageForPointer(token); //找到所在的page地址
stop = (id *)token; //POOL_SENTINEL的地址，从栈顶释放对象直到这个位置
} else {
// Token 0 is top-level pool
page = coldPage();
stop = page->begin();
}
page->releaseUntil(stop); //对自动释放池中对象调用objc_release()进行释放
// memory: delete empty children
// hysteresis: keep one empty child if this page is more than half full
// special case: delete everything for pop(0)
if (!token) {
page->kill();
setHotPage(NULL);
} else if (page->child) {
if (page->lessThanHalfFull()) {
page->child->kill();
}
else if (page->child->child) {
page->child->child->kill();
}
}
}
该过程主要分为两步：
一、page->releaseUntil(stop)，对栈顶（page->next）到stop地址（POOL_SENTINEL）之间的所有对象调用objc_release()，进行引用计数减1；
二、清空page对象page->kill()，有两句注释
// hysteresis: keep one empty child if this page is more than half full
// special case: delete everything for pop(0)
除非是pop(0)方式调用，这样会清理掉所有page对象；否则，在当前page存放的对象大于一半时，会保留一个空的子page，这样估计是为了可能马上需要新建page节省创建page的开销吧.
对应代码
if (page->child) {
if (page->lessThanHalfFull()) {
page->child->kill(); //全部删除
}
else if (page->child->child) {
page->child->child->kill();//保留一个子page
}
}
如果当前的page中存放的对象少于一半，则子page全部删除；如果当前当前的page存放的多余一半（意味着马上将要满），则保留一个子page，节省创建新page的开销;