autoreleasepool是如何实现的？

虽然在ARC时代我们可以完全不知道Autorelease就能管理好内存，但在了解Objective-C内存管理还是十分重要的，在阅读了书籍和一些干货并动手验证之后，决定总结autoreleasePool的实现。

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什么是autorelease

autoreleasePool如何实现需要先知道什么是autorelease？

autorelease类似于C语言中Automatic variable自动变量，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。

autorelease何时释放

面试时提问Objective-C内存管理基本都会问到autorelease何时释放,在没有使用@autoreleasepool的情况,autorelease对象是在当前的runloop迭代结束时释放。

每个runloop中都会创建一个 autoreleasepool 并在runloop迭代结束进行释放。

如果是手动创建autoreleasepool,自己创建Pool并释放：

// MRC
NSAutoreleasePool *pool = [NSAutoreleasePool alloc] init];

id obj = [NSObject alloc] init];
[obj autorelease];
[pool drain];

// ARC
@autoreleasepool {
  id obj = [NSObject alloc] init];
    }

Apple文档中提到：

@autoreleasepool blocks are more efficient than using an instance of NSAutoreleasePool directly; you can also use them even if you do not use ARC.

不管是MRC还是ARC最好使用@autoreleasepool blocks。

@autoreleasepool

上面提到的使用@autoreleasepool来手动创建并释放autorelease
@autoreleasepool 使用clang编译之后

 /* @autoreleasepool */ 
{ 
 __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
}

@autoreleasepool被转转换成__AtAutoreleasePool 结构体类型

struct __AtAutoreleasePool 
{
  __AtAutoreleasePool() 
  {
  atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
  }
  ~__AtAutoreleasePool() 
  {
    objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
  }
  void * atautoreleasepoolobj;
};

可以看到 __AtAutoreleasePool() 构造函数调用objc_autoreleasePoolPush(),~__AtAutoreleasePool() 析构函数调用 objc_autoreleasePoolPop()

在 MRC 中我们使用 NSAutoreleasePool 来创建AutoreleasePool,那么相应的实现如下：

NSAutoreleasePool *pool = [NSAutoreleasePool alloc] init];
// 相当于调用构造函数也就是 objc_autoreleasePoolPush();
[pool drain];
// 相当于调用析构函数也就是 objc_autoreleasePoolPop(pool);

objc_autoreleasePoolPush 和 objc_autoreleasePoolPop 是什么呢？

objc_autoreleasePoolPush 和 objc_autoreleasePoolPop 实现需要从runtime源代码看到,文中的代码的是最新的objc4-706.tar.gz

在 NSObject.mm 文件中：

NSObject.mm

实际上是调用AutoreleasePoolPage的push和pop两个类方法

AutoreleasePoolPage

首先来看一下AutoreleasePoolPage这个类

#   define EMPTY_POOL_PLACEHOLDER ((id*)1)

#   define POOL_BOUNDARY nil
    static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;
    static uint8_t const SCRIBBLE = 0xA3;  // 0xA3A3A3A3 after releasing
    static size_t const SIZE = 
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
        PAGE_MAX_SIZE;  // must be multiple of vm page size
#else
        PAGE_MAX_SIZE;  // size and alignment, power of 2
#endif
    static size_t const COUNT = SIZE / sizeof(id);

    magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;

AutoreleasePoolPage

• magic 检查校验完整性的变量
• next 指向新加入的autorelease对象下一个位置如下图：

next

• thread page当前所在的线程

• parent 父节点 指向前一个page

• child 子节点 指向下一个page

• depth 链表的深度，节点个数

• hiwat high water mark 数据容纳的一个上限

• EMPTY_POOL_PLACEHOLDER 空池占位

• POOL_BOUNDARY 是一个边界对象 nil,之前的源代码变量名是 POOL_SENTINEL哨兵对象,用来区别每个page即每个 AutoreleasePoolPage 边界

• PAGE_MAX_SIZE 定义的大小在下图可以看到:

PAGE_MAX_SIZE

• PAGE_MAX_SIZE = 4096, 为什么是4096呢？其实就是虚拟内存每个扇区4096个字节,4K对齐的说法。
• COUNT 一个page里对象数

在自动释放池中每一个AutoreleasePoolPage

都是以双链表的形式连接起来的：

Pool

parent指向前一个page , child指向下一个page

push

push

每当自动释放池调用objc_autoreleasePoolPush时都会把边界对象放进栈顶,然后返回边界对象,用于释放。

atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();

atautoreleasepoolobj 就是返回的边界对象

push就是压栈的操作,先加入边界对象然后添加A对象在边界对象之后,下一个B对象压入A对象之后,就像羽毛球筒放羽毛球一样

pop

pop

自动释放池释放是传入 push 返回的边界对象,

objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

然后将边界对象指向的这一页 AutoreleasePoolPage 内的对象释放

@End

总结:

1. 自动释放池是一个个 AutoreleasePoolPage 组成的一个page是4096字节大小,每个 AutoreleasePoolPage 以双向链表连接起来形成一个自动释放池
2. pop 时是传入边界对象,然后对page 中的对象发送release 的消息

文章有什么理解不是很到位的希望指出

参考资料

• 《Objective-C高级编程:iOS与OS X多线程和内存管理》
• 自动释放池的前世今生 ---- 深入解析 autoreleasepool
• NSAutoreleasePool
• 黑幕背后的Autorelease