iOS内存管理(2)-iOS内存布局和Tagged Pointer

1. iOS内存布局

在我们面试的过程中,也有可能被问到iOS内存的布局是什么样子的?每一部分是怎么用的?下面我们就对这部分进行说明.

iOS内存布局.png

①. 栈区 0x7
创建临时变量时由编译器自动分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。
里面的变量通常是局部变量、函数参数等。在一个进程中，位于用户虚拟地址空间顶部的是用户栈，编译器用它来实现函数的调用。和堆一样，用户栈在程序执行期间可以动态地扩展和收缩。
分配的内存空间地址越来越小。
②. 堆区 0x6
那些由 new alloc 创建的对象所分配的内存块，它们的释放系统不会主动去管，由我们的开发者去告诉系统什么时候释放这块内存(一个对象引用计数为0是系统就会回销毁该内存区域对象)。一般一个 new 就要对应一个 release。在ARC下编译器会自动在合适位置为OC对象添加release操作。会在当前线程Runloop退出或休眠时销毁这些对象，MRC则需程序员手动释放。
堆可以动态地扩展和收缩。
分配的内存空间地址越来越大。
③. 静态区(未初始化数据).bss
程序运行过程内存的数据一直存在，程序结束后由系统释放
④. 常量区(已初始化数据).data
专门用于存放常量，程序结束后由系统释放
⑤.代码区
用于存放程序运行时的代码，代码会被编译成二进制存进内存的程序代码区

其实常量区和静态区都是在数据区的.

2. Tagged Pointer

通常我们创建对象，对象存储在堆中，对象的指针存储在栈中，如果我们要找到这个对象，就需要先在栈中，找到指针地址，然后根据指针地址找到在堆中的对象。
这个过程比较繁琐，当存储的对象只是一个很小的东西，比如一个字符串，一个数字。去走这么一个繁琐的过程，无非是耗费性能的，从64bit开始，iOS引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储。

• 在没有使用Tagged Pointer之前， NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值.
• 使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中.
• 当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据.
• objc_msgSend能识别Tagged Pointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销.

例如:

// 是否是tagger pointer
- (void)test {
    NSNumber *number1 = @4;
    NSNumber *number2 = @5;
    NSNumber *number3 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFF);
    
    NSLog(@"%d %d %d", [self isTaggedPointer:number1], [self isTaggedPointer:number2], [self isTaggedPointer:number3]);
    NSLog(@"%p %p %p", number1, number2, number3);
}

number的使用Tagged Pointer前后对比.png

我们知道了什么是Tagged Pointer,那我们怎么判断一个NSNumber、NSDate、NSString是否是Tagged Pointer?

• iOS平台，最高有效位是1（第64bit）.
• Mac平台，最低有效位是1.

我们下面来看一道面试题对于我们理解Tagged Pointer很有帮助

@property(copy,nonatomic) NSString *name;

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0,0);
for(int - = 0; i < 1000; i++){
    dispatch_async(queue,^{
        self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
    });
}
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0,0);
for(int - = 0; i < 1000; i++){
    dispatch_async(queue,^{
        self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
    });
}

这个两个队列执行完毕之后会发生什么事情?
第一个队列执行完毕之后会崩溃,第二个会正常执行.这是为什么呢?
这是因为我们在对name赋值的时候使用的是self.name这会调用name的setName方法

-(void)setName:(NSString *)name{
    if(_name != name){
        [_name realease];
        _name = [name copy];
    }
    return _name;
}

在循环的代码在执行的过程中可能会有多条线程同事执行 [_name realase];代码,但是如果_name已经realease过了,另一条线程会调用realease方法去realease _name,但是_name已经realease过了,所以就会报错.
而第二段代码就可以正常运行,原因是为什么呢? 当我们self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];这样赋值的时候[NSString stringWithFormat:@"abc"];是一个Tagged Pointer,就不会通过我们的set方法对name进行赋值,就不会调用setName方法也不会进行realease操作.