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- 引用计数(Reference Counting)
- MRC
- ARC
- 循环引用
- Autorelease
- 修饰词
引用计数
推荐一篇来自@杨萧玉的引用计数原理Blog
- 简介
iOS中对内存管理的机制（堆内存），每一个对象都有一个与之关联的引用计数（Reference Counting）。当一个对象“被拥有”的时候引用计数+1，当一个对象引用计数为零时该对象被释放。 - 比拟
比如上班，最早进入办公室的人需要开灯，之后进入办公室的人需要照明， 下班离开办公室的人不需要照明，最后离开办公室的人需要关灯。
这样对应的引用计数就是：第一个人进入办公室开灯，引用计数是1。之后进入办公室需要照明引用计数是2。下班一个人离开办公室引用计数变成了1，最后一个离开了办公室，引用计数变成了0 。 - 引用计数如何储存
- TaggedPointer
一篇极好的文章
总体来说，我的理解是如果一个对象使用了Tagged Pointer技术（比如NSString，NSNumber等），指针里面会直接存数据内容，不会再作为“指针”指向其它地址，从Runtime来理解就是不会使用isa指针，也就不会继承苹果的内存管理方式（Reference Counting）。
判断当前对象是否在使用 TaggedPointer 是看标志位是否为1:
#if SUPPORT_MSB_TAGGED_POINTERS
# define TAG_MASK (1ULL<<63)
#else
# define TAG_MASK 1
inline bool
objc_object::isTaggedPointer()
{
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
return ((uintptr_t)this & TAG_MASK);
#else
return false;
#endif
}
- isa 指针
指针的内存空间很大，有时候可以优化指针，在指针中存储一部分内容。下面列出不同架构下的64位环境中isa指针结构:
union isa_t
{
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x00000001fffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003fe00000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a400000001ULL
struct {
uintptr_t indexed : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 30; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1a0000000
uintptr_t magic : 9;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19;
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
};
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x0000000000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x0000000000000001ULL
struct {
uintptr_t indexed : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 14;
# define RC_ONE (1ULL<<50)
# define RC_HALF (1ULL<<13)
};
# else
// Available bits in isa field are architecture-specific.
# error unknown architecture
# endif
// SUPPORT_NONPOINTER_ISA
#endif
};
只有arm64架构的设备支持优化，下面列出了isa指针中变量对应的含义:
| 变量名 | 含义 |
|---|---|
| indexed | 0 表示普通的isa指针，1 表示使用优化，存储引用计数 |
| has_assoc | 表示该对象是否包含 associated object，如果没有，则析构时会更快 |
| has_cxx_dtor | 表示该对象是否有 C++ 或 ARC 的析构函数，如果没有，则析构时更快 |
| shiftcls | 类的指针 |
| magic | 固定值为 0xd2，用于在调试时分辨对象是否未完成初始化 |
| weakly_referenced | 表示该对象是否有过weak对象，如果没有，则析构时更快 |
| deallocating | 表示该对象是否正在析构 |
| has_sidetable_rc | 表示该对象的引用计数值是否过大无法存储在isa指针 |
| extra_rc | 存储引用计数值减一后的结果 |
- 散列表
散列表来存储引用计数具体是用DenseMap类来实现，实现中有锁保证其安全性。
- 获取引用计数
在MRC环境下可以使用retainCount方法获取某个对象的引用计数。
在ARC环境下可以使用Core Foundation 库的CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj))方法和Runtime的_objc_rootRetainCount()方法来获取引用计数，也可以使用KVC技术来获取valueForKey:@"retainCount"。注意以上方法不是线程安全的。 - 注意
NSString 定义的对象是保存在字符串常量区，没有用引用计数管理内存，如果输出其retainCount，为-1。
注意其中的 Do not use this method。
retainCount
MRC(Manual Reference Counting)
MRC从字面上理解就是手动管理引用计数，也就是手动管理内存。相关的内存管理方法有retain，release，autorelease，其中retain方法是对引用计数+1，相应的release是对引用计数-1，autorelease是将对象加入自动释放池，下文会讲到。
- 示例代码
// 以预定Person类为例
Person* person = [[Person alloc] init]; // 申请对象，此时引用计数=1
[person retain]; //此时引用记数+1，现为2
[person release]; //引用计数-1，此时引用计数=1
[person release]; //引用计数-1，此时引用计数=0，内存被释放
[person autorelease]; // 将对象加入自动释放池
Person *person = [[[Person alloc] init] autorelease]; // 也可以在创建对象时将其加入自动释放池
按道理来说创建一个对象，然后release后该对象引用计数为零，但是实际情况中并不会出现这种现象，release后再输出其引用计数还是为1，在我的理解中有两种可能：
- 该对象在引用计数为1的时候进行
release后，对象已经被释放，此时再调用retainCount毫无意义，因为该对象已经不存在了，为了防止某些错误保护这个retainCount方法所以编译器不会报错，但是输出值为释放前的值； - 编译器为我们做了各种优化，也许是记录
retainCount为零消耗过大或者没有意义。
小知识
指针错误：访问了一块坏的内存（已经被回收的，不可用的内存）。
僵尸对象：所占内存已经被回收的对象，僵尸对象不能再被使用。（打开僵尸对象检测）
空指针：没有指向任何东西的指针（存储的东西是0,null，nil），给空指针发送消息不会报错。
注意：不能使用[p retaion]让僵尸对象起死复生。
在MRC管理时代有一个黄金法则：
- 谁创建谁负责。如果你通过alloc,new,copy来创建了一个对象，那么你就必须调用release或者autorelease方法；
- 谁retain，谁release。只要你调用了retain，无论这个对象时如何生成的，你都要调用release；
ARC
原理
前段编译器会为“拥有的”每一个对象加入相应的release语句，如果对象的所有权修饰符是__strong，那么它就是被拥有的。如果再某个方法内创建了一个对象，前端编译器会在方法末尾自动插入release语句已销毁它。而类拥有的对象（实例变量/属性）会在dealloc方法内被释放。
编译器为我们做的，我们可以手动完成达到优化
比如：
__autoreleasing在ARC中主要用在参数传递返回值（out-parameters）和引用传递参数（pass-by-reference）的情况下，有这种指针（NSError **）的函数参数如果不加修饰符，编译器会默认将他们认定为__autoreleasing类型。
比如常用的NSError的使用：
NSError *__autoreleasing error;
if (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&error])
{
NSLog(@"Error: %@", error);
}
如果你把error定义为了strong型，编译器会隐式地做如下事情，保证最终传入函数的参数依然是个__autoreleasing类型的引用。
NSError *error;
NSError *__autoreleasing tempError = error; // 编译器添加
if (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&tempError])
{
error = tempError; // 编译器添加
NSLog(@"Error :%@", error);
}
所以为了提高效率，避免这种情况，我们一般在定义error的时候将其老老实实地声明为__autoreleasing类型。
循环引用
平常我们容易造成循环引用的三种情况：
-
NSTimer
先看NSTimer使用的代码：
_timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(runTimer) userInfo:nil repeats:YES];
其中_timer是实例变量被self保留，_timer的target是self，self被_timer保留，引发循环引用。
解除方法就是使target中的对象不是
viewController从而断开引用，iOS10之前我们可以写个类别重新封装target来实现，iOS10之后系统给了新方法：
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block;
- 不再需要target，而是传入一个block，在block里面进行循环调用方法
- 关于block怎么解决循环引用请看下面
- block
简介
block和其他语言的闭包或lambda表达式是一回事,block的使用很像函数指针，不过与函数最大的不同是：block可以访问函数以外、词法作用域以内的外部变量的值。换句话说，block不仅实现函数的功能，还能携带函数的执行环境。
block基本语法
// 声明一个block变量
long (^sum) (int, int) = nil;
// sum是个block变量，该block类型有两个int型参数，返回类型是long。
// 定义block并赋给变量sum
sum = ^ long (int a, int b) {
return a + b;
};
// 调用block：
long s = sum(1, 2);
定义一个实例函数，该函数返回block：
- (long (^)(int, int)) sumBlock {
int base = 100;
return [[ ^ long (int a, int b) {
return base + a + b;
} copy] autorelease];
}
// 调用block
[self sumBlock](1,2);
根据在内存中的位置将block分为三种类型：
* NSGlobalBlock: 类似函数，位于text段；
* NSStackBlock: 位于栈内存，函数返回后block将无效；
* NSMallocBlock: 位于堆内存。
block其实包含两个部分内容：
- block执行的代码，这是在编译的时候已经生成好的；
-
一个包含block执行时需要的所有外部变量值的数据结构。 block将使用到的、作用域附近到的变量的值建立一份快照拷贝到栈上。
block的数据结构
对于 block 外的变量引用，block 默认是将其复制到其数据结构中来实现访问的：
对于用
__block 修饰的外部变量引用，block 是复制其引用地址来实现访问的：
初步了解了block后看看它怎么构成循环引用并怎么解决的吧
typedef void(^block)();
@property (copy, nonatomic) block myBlock;
@property (copy, nonatomic) NSString *blockString;
- (void)testBlock {
self.myBlock = ^() {
//其实注释中的代码，同样会造成循环引用
NSString *localString = self.blockString;
//NSString *localString = _blockString;
//[self doSomething];
};
}
看了前面关于block的一些介绍应该容易看出来，当我们往block中传入数据时是保存在了block的堆中，如上述代码中引用了self相当于对self进行了一次retain，而self本身持有block于是造成了循环引用，同时在block中release``self没有用，因为在block中操作作用范围仅仅来block的函数栈，影响不到堆中的self，解决方法如下：
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.myBlock = ^(){
__strong typeof(weakSelf) = strongSelf;
NSString *localString = strongSelf;
}
其中传入一个若引用就不会造成循环引用，然后在block的函数栈中用一个强指针来接受传进来的弱指针，防止弱指针被提前释放产生野指针。
参考文章：
Cooper -- 正确使用Block避免Cycle Retain和Crash
唐巧 -- 谈Objective-C block的实现
Dev Talking -- Objective-C中的Block
- delegate
我们对代理的写法一般都是：
@property (nonatomic, weak) id delegate;
如果使用strong的话很明显会造成循环引用（delegate调用self的一些东西），今天被面试官问道如果使用delegate出现了循环引用怎么解决，我说用weak，他说换一个，然后就懵住了，只回答了思路，找到互相引用的对象(可以用Instruments)然后断开引用。
Autorelease
- 简介
很好理解，字面意思上看就是自动释放，我们可以通过使用autorelease让编译器帮我们在某个时刻自动释放内存。在MRC时我们使用NSAutorelease类来使用自动释放机制，代码如下：
NSAutoreleasePool pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// Code benefitting from a local autorelease pool.
[pool release];
也可以直接使用[obj autorelease]。
现在基本上都是ARC环境，这个时候我们使用的是autoreleasepool（自动释放池），比如常见的：
//iOS program
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
//Command line program
int main(int argc, const char *argv[]) {
@autoreleasepool {
//...
}
return 0;
}
它的作用是把我们在{}中申请的对象在事件处理完时自动释放掉，其中的原理推荐阅读Qi Tang的iOS 中的 Autorelease Pool。
前面说到的事件处理完时其实就是一次runloop结束时。
程序运行 -> 开启事件循环 -> 发生触摸事件 -> 创建自动释放池 -> 处理触摸事件 -> 事件对象加入自动释放池 -> 一次事件循环结束, 销毁自动释放池
-
什么时候用
@autoreleasepool- 写基于命令行的的程序时，就是没有UI框架，如AppKit等Cocoa框架时。
- 写循环，循环里面包含了大量临时创建的对象。（本文的例子）
- 创建了新的线程。（非Cocoa程序创建线程时才需要）
- 长时间在后台运行的任务。
利用
@autoreleasepool优化循环
当我们一个循环内创建了很多临时对象时，可以通过使用@autoreleasepool在每次循环结束时释放内存：
//来自Apple文档，见参考
NSArray *urls = <# An array of file URLs #>;
for (NSURL *url in urls) {
@autoreleasepool {
NSError *error;
NSString *fileContents = [NSString stringWithContentsOfURL:url
encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
/* Process the string, creating and autoreleasing more objects. */
}
}
参考文章：
sunnyxx —— 黑幕背后的Autorelease
Jerry4me —— iOS中autorelease的那些事儿
tutuge —— @autoreleasepool-内存的分配与释放