IOS 内存管理

早前大家都知道IOS的内存管理方式是MRC的, 尽管现在我们是在ARC下开发，但是我们依然要保持着一颗好奇的人。IOS 到底是怎么进行内存管理的？

一，IOS的程序内存布局（由低地址 -> 高地址）

• 保留区
• 代码段：编译之后的代码
• 数据段：字符串常量，已初始化/未初始化 的静态变量/全局变量
• 堆：由低地址到高地址，通过malloc，alloc，new，calloc等动态分配的空间
• 栈区：函数调用，局部变量。分配的内存空间地址由高到低

OC 的内存管理不管是ARC 还是MRC 采用的是引用计数器管理。

ARC 的内存管理规则可以简述为：

• 每个对象都有一个『被引用计数』
• 引用计数器：一个简单而有效的管理生命周期的方式。
• 对象被持有，『被引用计数』+1 (alloc/new/copy/mutableCopy 这些方法在对象创建的时候引用计数器自动+1)
• 对象被放弃持有，『被引用计数』-1
• 『引用计数』=0，释放对象  

引用计数的存储

在runtime的源码NSobject.mm 中找到函数
id  objc_retain(id obj)
{
    if (!obj) return obj;
    if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
    return obj->retain();
}
点击进去可以看到
objc_object::retain()
{
    assert(!isTaggedPointer());

    if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) {
//在次点击以下函数
        return rootRetain();
    }

    return ((id(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, SEL_retain);
}

从源码中可以看出，先判断是不是taggerPointer。

taggerPointer是64位开始引入的，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；

在64位iOS平台中，通过最高有效位是否是1 来判断是不是taggerPointer；

 

在继续往下查看源码之前，大家都知道，64位之前isa就是个普通的指针，存储着类/元类对象的内存地址，64位之后isa 进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息；

struct SideTable {
    spinlock_t slock;
    RefcountMap refcnts;//是一个存放着对象引用计数的散列表
    weak_table_t weak_table;

}

id
objc_object::sidetable_retain()
{
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
    assert(!isa.nonpointer);
#endif
    SideTable& table = SideTables()[this];
    
    table.lock();
    size_t& refcntStorage = table.refcnts[this];
    if (! (refcntStorage & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) {
        refcntStorage += SIDE_TABLE_RC_ONE;
    }
    table.unlock();

    return (id)this;
}

 

 

说到内存管理，不得不提“僵尸对象+ 空指针+野指针” 

1.僵尸对象：一个OC对象引用计数器为0，对象内存已经被回收但是数值(对象)还存在的对象被成为僵尸对象，该对象不能被引用也不可以访问

2.空指针：空指针是有效指针，值为nil，NULL ，0，给空指针发消息，不会报错，只是不响应而已。他是一个没有指向任何东西的指针。

3.野指针：指针指向了一个已经被销毁的对象的内存地址，向野指针发消息会报EXC_BAD_ACCESS，而导致程序崩溃

AutoRelease什么时候调用release？ 和 AutoReleasePool  

1.在控制器的viewdidload 中打印下，runloop的mainloop，你会发现主线程中注册了两个关于autolease的观察者。所以autorelease调用release是由runloop控制的，在某次runlop循环中，runloop休眠之前调用的。

2.autoreleasepool底层实现

用clang编译器吧main.m 生成.cpp 文件发现 @autoreleasepool 变成了 __AtAutoreleasePool __autoreleasepool；全局搜索查看 __AtAutoreleasePool如下：
struct __AtAutoreleasePool {

// C++的构造函数
  __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();} 

// C++的析构函数；与构造函数不同的地方在于前面有个～
  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
  void * atautoreleasepoolobj;
};


由此可知
@autoreleasepool{ //大括号开头调用 objc_autoreleasePoolPush（）函数。

} //大括号结束之前调用objc_autoreleasePoolPop（）函数。

在runtime的源码中搜索objc_autoreleasePoolPush与objc_autoreleasePoolPop
 objc_autoreleasePoolPush
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
 objc_autoreleasePoolPop
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}

自动释放池的底层全部依赖类 AutoreleasePoolPage，该对象是通过双向链表的形式连接在一起的。
class AutoreleasePoolPage 
{
   magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
}

 调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈，并且返回其存放的内存地址

调用pop方法时传入一个POOL_BOUNDARY的内存地址，会从最后一个入栈的对象开始发送release消息，直到遇到这个POOL_BOUNDARY

id *next指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域 

 

循环引用/Core Foundation 对象的内存管理 

循环引用：可以使用instrument 里的leaks 观察是否有循环引用问题，然后在想办法解决。一般都是吧其中的一个对象改为弱引用。另外就是主动断开链接

Core Foundation 的内存管理不受ARC控制。对于这些引用技术的修改使用CFRetain 与CFRelease。在ARC 有时需要吧Core Foundation 对象转换成OC对象，这就需要Bridge。

• __bridge: 只做类型转换，不修改相关对象的引用计数，原来的 Core Foundation 对象在不用时，需要调用 CFRelease 方法。
• __bridge_retained：类型转换后，将相关对象的引用计数加 1，原来的 Core Foundation 对象在不用时，需要调用 CFRelease 方法。
• __bridge_transfer：类型转换后，将该对象的引用计数交给 ARC 管理，Core Foundation 对象在不用时，不再需要调用 CFRelease 方法。