iOS内存管理

概要

Objective-c中的内存管理，也就是引用计数。提供了两种内存管理机制MRC（Mannul Reference Counting）和ARC(Automatic Reference Counting)。

MRC（手动引用计数），手动管理内存。
MRC模式下，所有的对象都需要手动的添加retain、release代码来管理内存。使用MRC，需要遵守谁创建，谁回收的原则。也就是谁alloc，谁release；谁retain，谁release。当引用计数为0的时候，必须回收，引用计数不为0，不能回收，如果引用计数为0，但是没有回收，会造成内存泄露。如果引用计数为0，继续释放，会造成野指针。为了避免出现野指针，我们在释放的时候，会先让指针置nil。
ARC(自动引用计数)，自动管理内存。
ARC是IOS5推出的新功能，通过ARC，可以自动的管理内存。在ARC模式下，只要没有强指针（强引用）指向对象，对象就会被释放。在ARC模式下，不允许使用retain、release、 retainCount等方法。并且，如果使用dealloc方法时，不允许调用[super dealloc]方法。

1.引用计数

看到“引用计数”大家很容易想到“某处有某物多少个”，而Objc采用引用计数的思想是：

当对象被创建（通过alloc、new、copy、MutableCopy等方法）时，其引用计数初始值为1。
被其他变量引用而持有时，其引用计数加1。
其他变量使用结束而释放时，其引用计数减1。
当引用计数的值变为0时，表示对象没有被任何代码使用，此时对象将被释放。
如果1-1所示：

引用计数的内存管理

示例：

@implementation Test

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        NSLog(@"对象被创建，初始引用计数为%ld", self.retainCount);
    }
    return self;
}

- (void)dealloc {
    NSLog(@"对象被销毁");
    [super dealloc];
}

@end

在main.m中创建Test对象

    NSObject *obj = [[Test alloc]init];
    
    NSObject *obj1 = [obj retain];
    NSLog(@"对象进行retain操作，引用计数:%ld",obj.retainCount);
    
    [obj1 release];
    NSLog(@"retain对象进行release操作，引用计数:%ld",obj.retainCount);
    
    [obj release];

输出结果为：

2017-11-07 20:24:48.047429+0800 MemoryManger[15557:2996092] 对象被创建，初始引用计数为1
2017-11-07 20:24:48.047605+0800 MemoryManger[15557:2996092] 对象进行retain操作，引用计数:2
2017-11-07 20:24:48.047780+0800 MemoryManger[15557:2996092] retain对象进行release操作，引用计数:1
2017-11-07 20:24:48.047989+0800 MemoryManger[15557:2996092] 对象被销毁

注：调用或释放已经销毁的对象时会导致程序奔溃

15101041233195.jpg

2. autoreleasePool

自动释放池顾名思义，就是一个池子，可以容纳对象，并且自动释放。为什么需要自动释放池了？因为当一个对象不再使用时应该将其释放，但是什么时间释放？这个时间点很难确定。Objc提供autorelease，当一个对象接收到autorelease消息时，它会被注册到当前的自动释放池，当自动释放池被销毁时，会给池子里的所有对象发送release消息将其释放，但在这个时间段内，对象可以正常使用。

它与release的区别如图1-2所示：

autorelease与release的区别

在Cocoa框架中，相当于程序主循环的NSRunLoop或者在其他程序可运行的地方，对NSAutoreleasePool对象进行生成，持有和废弃处理。如果1-3所示：

15101072086365.jpg

注：

autorelease不会改变对象的引用计数
自动释放池实质上只是在销毁的时候给池中的所有对象发送release消息，并不能保证对象一定被释放，如果接受release消息的对象的引用计数仍大于1，对象就无法释放
自动释放池中的对象会集中同一时间释放，如果操作需要生成的对象较多占用内存空间大，会产生内存不足的现象。典型的例子就是读入大量图像的同时改变其尺寸。图像文件读入到NSData对象，并从中生成UIImageview对象，改变对象尺寸后生成新的UIImageview对象。这种情况下就会产生大量autorelease对象，可以创建内部的池子来降低内存占用峰值。

3. MRC内存管理基本原则

简单的说就是：谁创建，谁释放；谁retain，谁release

当通过alloc，new，copy，MutableCopy方法创建一个对象时，它的引用计数为1，当不再使用该对象时，应该向对象发送release消息或autorelease消息释放对象。
如果获得对象所有权，就需要保留对象并在操作完成之后释放，保证retain和release成对出现。

4. ARC

4.1 所有权修饰符

ARC有4中修饰符： __strong, __weak, __autoreleasing, __unsafe_unretained（为兼容iOS5以下版本的产物，可以理解成MRC下的weak）

__strong：表示对对象的“强引用”，无修饰符情况下的默认值。
__weak：弱引用，不持有所指向对象的所有权.
注：
1). 互相强引用，很容易引起循环引用问题。__weak修饰符的变量不持有对象，所以在超出其变量作用域时，对象即被释放。故在可能发生循环引用的类成员变量改用__weak修饰，即可避免。如图所示：

__weak修饰符避免循环引用

2). 弱引用指向的对象被释放后，引用本身会置nil，避免野指针。

    id __weak obj0 = nil;
    {
        id  obj1 = [[NSObject alloc]init]; // obj1变量为强引用
        obj0 = obj1;                       // objc0变量持有对象的弱引用
        NSLog(@"A:%@",obj0);               // 输出objc0变量持有的弱引用的对象
    }
    /*
     * 1. objc1变量超出其作用域，强引用失效，自动释放自己持有的对象
     * 2. 对象无持有者，对象被销毁
     * 3. 持有改对象的弱引用obj0变量的弱引用失效，赋值为nil
     */
    NSLog(@"B:%@",obj0);

输出结果：

2017-11-08 13:52:01.008357+0800 MemoryManger[19017:3772013] A:
2017-11-08 13:52:01.008508+0800 MemoryManger[19017:3772013] B:(null)

3). __autoreleasing：自动释放对象的引用，一般用于传递参数。
比如解析数据方法：

+ (nullable id)JSONObjectWithData:(NSData *)data options:(NSJSONReadingOptions)opt error:(NSError **)error;

调用时会发现如图提示

编译器会将源代码转化成以下形式：

 NSError *error = nil;
 NSError * __autoreleasing tmp = error;
 id value = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:self options:kNilOptions error:&tmp];

5. 属性的内存管理

属性的修饰词可以分为三类：

原子性：nonatomic，atomic

nonatomic：非原子性访问，不加同步，多线程并发访问会提高性能。
atomic：为原子操作，是防止在写未完成的时候被另外一个线程读取，造成数据错误。这种机制是耗费系统资源。

读写属性：readwrite，readonly

readwrite：是默认属性，生成getter和setter方法
readonly：只生成getter方法

内存属性：assign、strong/retain 、weak、copy

assign:直接赋值，索引计数不改变，适用于基本数据类型
strong/retain:release旧值，retain新值（用于OC对象）
使用set方法赋值时，实质上是会先保留新值，再释放旧值，再设置新值，避免新旧值一样时导致对象被释放的的问题。

MRC写法：
- (void)setTitle:(NSString *)title {
        [title retain];
        [_title release];
    _title = title;
}

ARC写法：
- (void)setTitle:(NSString *)title {
    _title = title;
}

copy ： release旧值，copy新值。一般用来修饰String、Dict、Array等需要保护其封装性的对象，尤其是在其内容可变的情况下，因此会拷贝（深拷贝）一份内容給属性使用，避免可能造成的对源内容进行改动。
weak：对对象的一种弱引用，不保留新值，也不释放旧值，只设置新值。

希望本文能抛砖引玉，帮助大家对内存管理有更多的理解。如有不当之处，希望大家能多多指点我。

References:
《Objective-C高级编程》