内存管理原理----《Objective-C高级编程：iOS与OS X多线程和内存管理》读书笔记

《Objective-C高级编程：iOS与OS X多线程和内存管理》读书笔记

作者：wangzz

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一、前言

这本书由日本人Kazuki Sakamoto和Tomohiko Furumoto所著，主要讲了ARC、Blocks、GCD三个模块。总体来说，书的内容讲的挺深的，小日本写的东西还真是不错。作者一直试图从原理上阐述ARC、block、GCD的实现机制，不像大部分国内相关书籍中只介绍其然，这是一本探索所以然的书。鉴于上述三个模块是每个试图在iOS开发上有所造诣的同学必须掌握的东西，强烈建议已经有一定Objective-C功底的同学看看。

从事iOS开发以来一直都是使用手动内存管理，因此对引用计数的理解还是比较透彻的。直到开发拉手团购6.0版的时候，开始使用ARC，上手后的感觉是以后的内存管理都是ARC的天下。在这本书中，作者也着重介绍了手动内存管理及其实现。书中讲的内容大部分之前都看过，不过自己看的不够系统。断断续续花了二十天左右时间读完这本书，还是收获不小，下面将自认为值得记住的地方列举出来：

二、引用计数原理

iOS中说到内存管理，不管是手动还是ARC，都离不开引用计数，我一直很好奇引用计数到底是怎么存储的呢？可能的实现方式有两种：

• 鉴于Objective-C对象都有引用计数，所以每个对象都应该存储自己的引用计数
• runtime统一存储所有对象的引用计数

GNUstep使用的是前一种思想，在这里就不详述了。

苹果的实现方式是后一种----runtime采用散列表来管理引用计数，存储形式如下图所示：

苹果在实现时，凡是使用引用计数的方法，包括retainCount、retain、release方法都调用了同一个方法，该方法的实现原理简化后如下所示：

int _CFDoExternRefOperation(uintptr_t op, id obj)
{
  CFBasicHashRef table = 取得对象的散列表(obj);
  int count;

  switch(op) {
  case OPERATION_retainCount;
    count = CFBasicHashGetCountOfKey(table, obj);
    return count;
  case OPERATION_retain:
    CFBasicHashAddValue(table, obj);
    return obj;
  case OPERATION_release:
    count = CFBasicHashRemoveValue(table, obj);
    return 0 == count;
  }
}

这一个方法就解释了引用计数的实现原理！

苹果这种实现方式的优点是：

不用再每个对象内存块中考虑引用计数所站的内存；

引用计数表中存储的有各个对象的内存地址，可以直接通过各条引用技术追踪到对应的对象内存块，在调试的时候很有用。

三、__autoreleasing关键字

看我完这本书后，对该修饰符有了更深的理解，有以下几个方面：

1、ARC下使用__autoreleasing修饰符修饰的变量会被注册到autoreleasepool中，和非ARC下调用autorelease方法的效果相同；

2、当方法名不是alloc/new/copy/mutableCopy时，使用return返回的对象强引用会被自动注册到autoreleasepool。比如：

+ (id)array
{
  id obj = [[NSArray alloc] init];
  return obj;
}

上述代码中，因为没有指定所有权修饰符，id obj就是默认的id __strong obj，即obj是强引用，这时，obj就会被添加到autoreleasepool中。

3、访问附有__weak修饰符的变量时，该变量会被自动注册到autoreleasepool中，比如：

id __weak obj1 = obj0;
NSLog("class=%@", [obj1 class]);

//等价于以下代码

id __weak obj1 = obj0;
id __autoreleasing tmp = obj1;
NSLog("class=%@", [tmp class]);

这种等价是编译器自动做的转换，原因是__weak修饰符支持有对象的弱引用，在访问引用对象的过程中，该对象可能被释放。而如果将该对象加入到autoreleasepool中，在pool被释放之前，tmp对该对象的引用都是有效的。

4、_objc_autoreleasePoolPrint()函数

该函数属于私有函数，可以打印出注册到调用函数处所属的autoreleasepool中的对象。

四、__weak关键字

这部分需要着重介绍的是__weak关键字。

我们知道，当一个__weak类型的指针指向的对象被释放时，该指针会自动被置成nil，因此__weak关键字修饰的指针又被称为智能指针。那么这个功能是如何实现的呢？

1、编译器做的事

先看下面这段代码：

{
  id __weak obj1 = obj;
}

会被编译器编译成下面的模拟代码：

id obj1;
objc_initWeak(&obj1, obj);
objc_destoryWeak(&obj1);

即编译器会通过objc_initWeak函数初始化__weak修饰的变量，当变量的作用域结束后会通过objc_destoryWeak函数释放该变量。objc_initWeak函数实际干的活是：

objc1 = 0;
objc_storeWeak(&obj1, obj);

这里是先将指针objc1置成0，再调用objc_storeWeak函数使得obj1指向obj对象。

接下来的objc_destoryWeak函数的实际操作如下：

objc_storeWeak(&obj1, 0);

也就是说，让obj1指针指向的内容变成空。

总结一下，刚才的整个过程模拟代码如下：

id obj1;
obj1 = 0;
objc_storeWeak(&obj1, obj);
objc_storeWeak(&obj1, 0);

2、__weak实现原理

实际上，objc_storeWeak函数会把第二个参数的对象的地址作为key，并将第一个参数（__weak关键字修饰的指针的地址）作为值，注册到weak表中。如果第二个参数为0（说明对应的对象被释放了），则将weak表中将整个key-value键值对删除，这就是__weak关键字的核心思想！

weak表和引用计数表类似，都是通过hash表实现的。如果使用weak表，将被释放的对象地址作为key去检索，就能很高效的获取对应的指向该对象的类型为__weak的指针变量的地址。同时很容易理解，一个对象可能有多个__weak指针指向，因此一个对象地址key可能对应多个值。

在调用对象的release方法时，会在其中一步调用objc_clear_deallocating函数，该函数会执行以下操作：

• 以当前对象的地址作为key，从weak表中获取对应的值----指向该对象的__weak类型的指针变量；
• 将取到的所有指针变量的值赋值为nil；
• 从weak表中删除该key对应的整条记录。

根据以上步骤，前面介绍过的__weak关键字修饰的对象指针所指向的对象被释放时，指针被置为nil就可以实现了。同时由此可知，如果大量使用附有__weak修饰符的变量会消耗响应的CPU资源，因此，应该尽量少使用__weak修饰符。