iOS面试 -- 内存管理

内存布局

iOS程序下内存布局

不同内存布局区域的含义
stack（栈）：方法调用
heap（堆）：通过alloc等分配的对象
bss：未初始化的全局变量
data：已初始化的全局变量
text：程序代码

内存管理方案

• taggedPointer
• NONPointer_ISA
• 散列表(很复杂的数据结构，引用计数表、弱引用表)

散列表

• SideTables()（非嵌入式系统中包含64个SideTable），实际是一个哈希表，通过对象的指针找到对应的引用计数表或弱引用表，在哪一个SideTable中

• SideTable结构
  包含自旋锁 引用计数表 弱引用表

• 为什么不是一个SideTable？
  存在效率问题，如果多个对象在对同一张表进行引用计数时，就会等待前一个对象操作结束才能操作。引用分离锁的方案，可以提高效率

• 如果实现快速分流？（哈希查找的过程）
  根据对象的地址，通过一个均匀散列函数的计算就可以得到数组下标索引值

散列表中数据结构

• 自旋锁（Spinlock_t）
  是一种忙等的锁（当前锁已被其他线程获取，就会不断的探测这个锁是否被释放）
  适用于轻量访问

• 引用计数表（RefcountMap）
  ptr ——> DisguisedPtr(obj) ——>size_t
  提高查找效率，插入和获取都是通过同一个哈希算法，避免了数组遍历

• 弱引用表（weal_table_t）
  ptr ——> Hash函数——>value

ARC&&MRC

1. MRC 手动引用计数
   • alloc
   • retain
   • release
   • retainCount
   • autorelease
   • dealloc

2.ARC 自动引用计数

• ARC是LLVM和Runtime协作的结果
• ARC禁止手动调用retain、release、retainCount、dealloc
• ARC中新增weak、strong属性关键字

引用计数

• alloc
  经过一系列调用，最终调用的C函数malloc，此时并没有设置引用计数为1（但是通过retainCount得知是1，在后面会讲到）

• retain
  经过两次Hash查找，找到对应的引用计数值，然后进行+1的操作

• release
  经过两次Hash查找，找到对应的引用计数值，然后进行-1的操作

• retainCount
  经过两次Hash查找，找到对应的引用计数值，然后与1相加（因此刚alloc的对象，在对应的引用计数表中实际是没有这个映射的）

• dealloc
  

  

  dealloc实现流程
  
  判断时候可以释放的条件（五个条件缺一不可）
  • 没有使用nonpointer_isa
  • 没有weak指针指向
  • 没有有关联对象
  • 没有使用ARC或者涉及C++
  • 当前对象的引用计数没有通过SideTable中的引用计数表来存储的

object_dospose()函数内部实现分析

clearDeallocating()内部实现

clearDeallocating()内部实现

弱引用

weak变量的添加过程

如何添加weak变量的?
对象指针在经过编译器的编译之后调用objc_initweak()，然后storeweak()方法，经过一系列的函数调用，最终在weak_register_no_lock()进行弱引用变量的添加，通过hash算法位置查找，如果已经存在当前对象对应的弱引用数组，则直接加进去，如果没有则创建新个新的弱引用数组，存放新的weak指针

系统如何实现将废弃的weak指针置为nil

系统如何实现将废弃的weak指针置为nil?
当对象被dealloc后废弃之后，会调用弱引用清除的相关函数。然后在函数实现中，根据当前对象指针，查找弱引用表，把当前对象对应的弱引用都拿出来，然后遍历所有的弱引用指针置为nil

自动释放池

AutoreleasePool的实现原理是怎么样的？

AutoreleasePool是以栈为结点，通过双向链表的形式组合而成的数据结构。编译器会将@autoreleasepool{}改写，如下 图。实际objc_autoreleasePoolPop函数在内部做了pop操作，批量将autoreleasepool中的所有的对象都会做一次release操作

编译器改写@autoreleasepool{}

下面对上面的主要函数进行一个简单的说明

AutoreleasePool的结构

• 是以栈为结点通过双向链表的形式组合而成
• 是和线程一一对应的

什么是双向链表？

双向 链表结构

[obj autorelease]的实现（对象加入自动释放池）

先判断当前next指针是否指向栈顶，如果不是直接加入；如果是，则增加一个栈结点到链表上，在新的栈添加对象；移动next指针

AutoreleasePoolPage::push实现流程（释放池多层嵌套）

• 插入哨兵对象

  
  
  

  AutoreleasePoolPage::push

AutoreleasePoolPage::pop实现流程（与push相反）

• 根据传入的哨兵对象找到对应的位置
• 给上次push操作之后添加的对象依次添加release消息
• 回退next指针到正确的位置

AutoreleasePool为何可以嵌套使用？

多次插入哨兵对象，也就是对一个新的releasePool的创建，如果当前栈没有满，则不需要创建新的page,如果满了，新增一个栈节点

下面这个图中，array对象在什么时候释放呢？

image.png

答：在档次runloop将要结束的时候调用AutoreleasePoolPage:pop(),对array对象执行release操作

AutoreleasePool的使用场景？

在for循环中，alloc图片数据等内存消耗较大的场景手动插入autoreleasePool，每一次for循环都进行一次内存的释放，降低内存消耗

循环引用

• 自循环引用
• 相互循环引用
• 多循环引用

自循环引用 对自身强持有

相互循环引用

多循环引用

常见的循环引用以及破除方法：

• 代理（delegate）
• block
• NSTimer
• 大环引用

如何破除循环引用？

• 避免产生循环引用
• 在合适的时机手动断环

具体解决方案有哪些？

• __weak
• __block
• __unsafe_unretained(与weak等效)

__block在ARC和MRC条件下的区别

• MRC下，__block修饰对象不会增加其引用计数，避免了循环引用
• ARC下，__block修饰对象会被强引用，无法避免，需手动破环

__unsafe_unretained破解

• 修饰对象不会增加其引用计数，避免了循环引用
• 如果找修饰对象在某一事迹被释放，产生悬空指针

循环引用的示例？（平时开发时是否有遇到循环引用，又是怎么解决的？）

1. Block使用示例（在后面block讲解时）
2. NSTimerd的循环引用问题