iOS、内存管理

内存管理和分配

内存分为5个区域，分别指的是----->栈区/堆区/BSS段/数据段/代码段

栈：存储局部变量，当其作用域执行完毕之后，就会被系统立即收回

堆：存储OC对象，手动申请的字节空间，需要调用free来释放

BSS段：未初始化的全局变量和静态变量，一旦初始化就会从BSS段中回收掉，转存到数据段中

数据段：存储已经初始化的全局变量和静态变量，以及常量数据，直到结束程序时才会被立即收回

代码段：代码，直到结束程序时才会被立即收回

除了堆区，其他区域的中存储的数据，都是由系统自动释放的，堆区中的OC对象，是不会自动释放的，如果不主动释放，那么将在程序结束的时候才去释放

举例：

当第一个人进入办公室时，他需要使用灯，于是开灯，引用计数为1

当另一个人进入办公室时，他也需要灯，引用计数为2；每当多一个人进入办公室时，引用计数加1

当有一个人离开办公室时，引用计数减1，当引用计数为0时，也就是最后一个人离开办公室时，他不再需要使用灯，关灯离开办公室。

当你alloc一个对象objc，此时RC=1；在某个地方你又retain这个对象objc，此时RC加1，也就是RC=2；由于调用alloc/retain一次，对应需要调用release一次来释放对象objc，所以你需要release对象objc两次，此时RC=0；而当RC=0时，系统会自动调用dealloc方法释放对象。

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Autorelease Pool  自动释放池

在释放池中的调用了autorelease方法的对象都会被压在该池的顶部（以栈的形式管理对象）。当自动释放池被销毁的时候，在该池中的对象会自动调用release方法来释放资源，销毁对象。以此来达到自动管理内存的目的。

在开发中，我们常常都会使用到局部变量，局部变量一个特点就是当它超过作用域时，就会自动释放。而autorelease pool跟局部变量类似，当执行代码超过autorelease pool块时，所有放在autorelease pool的对象都会自动调用release。它的工作原理如下：

 RunLoop : 1(等待消息) -> 2(将要处理消息) -> 3(处理消息) -> 4(消息处理完成) -> 1(等待消息)

你也可以将消息（message）这个词换成信号（signal）或者事件（Event）。当没有消息到来的时候，这个线程就会休眠，等待消息到来后触发处理过程。

AutoreleasePool是在什么时候创建的，又是在什么时候被销毁？

App启动后，系统在主线程RunLoop 里注册两个Observser,其回调都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一个 Observer 监视的事件 

是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

第二个 Observer 监视了两个事件

_BeforeWaiting(准备进入休眠) 时_

调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；

_Exit(即将退出Loop) 时_

调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建 Pool 了。

现在我们知道了AutoreleasePool是在RunLoop即将进入RunLoop和准备进入休眠这两种状态的时候被创建和销毁的。

所以AutoreleasePool的释放有如下两种情况。

一是Autorelease对象是在当前的runloop迭代结束时释放的，而它能够释放的原因是系统在每个runloop迭代中都加入了自动释放池Push和Pop。

二是手动调用AutoreleasePool的释放方法（drain方法）来销毁AutoreleasePool

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创建一个NSAutoreleasePool对象

在autorelease pool块的对象调用autorelease方法

释放NSAutoreleasePool对象

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

// put object into pool

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

[pool drain];

/* 超过autorelease pool作用域范围时，obj会自动调用release方法 */

由于放在autorelease pool的对象并不会马上释放，如果有大量图片数据放在这里的话，将会导致内存不足。(一次runloop结束后释放)

for(int i = 0; i < numberOfImages; i++)

{

      /*   处理图片，例如加载

       *   太多autoreleased objects存在

       *   由于NSAutoreleasePool对象没有被释放

       *   在某个时刻，会导致内存不足 

       */

}

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在ARC内存管理机制中，id和其他对象类型变量必须是以下四个ownership qualifiers其中一个来修饰：

__strong(默认，如果不指定其他，编译器就默认加入)

__weak

__unsafe_unretained

__autoreleasing

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__strong ownership qualifier

如果我想创建一个字符串，使用完之后将它释放调用，使用MRC管理内存的写法应该是这样：

{

    NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"];   //@"Hello, world"对象的RC=1

    NSLog(@"%@", text);

    [text release];                      //@"Hello, world"对象的RC=0

}

而如果是使用ARC方式的话，就text对象无需调用release方法，而是当text变量超过作用域时，编译器来自动加入[text release]方法来释放内存

{

    NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"];    //@"Hello, world"对象 RC=1

    NSLog(@"%@", text);

}

/*  当text超过作用域时，@"Hello, world"对象会自动释放，RC=0   */

而当你将text赋值给其他变量anotherText时，MRC需要retain一下来持有所有权，当text和anotherText使用完之后，各个调用release方法来释放。{

    NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"];    //@"Hello, world"对象 RC=1

    NSLog(@"%@", text);

    NSString *anotherText = text;        //@"Hello, world"对象的RC=1

    [anotherText retain];                //@"Hello, world"对象的RC=2

    NSLog(@"%@", anotherText);

    [text release];                      //@"Hello, world"对象的RC=1

    [anotherText release];               //@"Hello, world"对象的RC=0

}

而使用ARC的话，并不需要调用retain和release方法来持有跟释放对象。{

    NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"];   //@"Hello, world"对象的RC=1

    NSLog(@"%@", text);

    NSString *anotherText = text;        //@"Hello, world"对象的RC=2

    NSLog(@"%@", anotherText);

}

/ *  当text和anotherText超过作用域时，会自动调用[text release]和[anotherText release]方法   

@"Hello, world"对象的RC=0   */

除了当__strong变量超过作用域时，编译器会自动加入release语句来释放内存，如果你将__strong变量重新赋给它其他值，那么编译器也会自动加入release语句来释放变量指向之前的对象。例如：

{

    NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"];    //@"Hello, world"对象的RC=1

    NSString *anotherText = text;        //@"Hello, world"对象的RC=2

    NSString *anotherText = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Sam Lau"];  // 由于anotherText对象引用另一个对象@"Sam Lau"，那么就会自动调用[anotherText release]方法，使得@"Hello, world"对象的RC=1, @"Sam Lau"对象的RC=1

}

/*

 *  当text和anotherText超过作用域时，会自动调用[text release]和[anotherText release]方法，

 *  @"Hello, world"对象的RC=0和@"Sam Lau"对象的RC=0

 */

我们总结一下编译器是按以下方法来实现的：

对于规则1和规则2，是通过__strong变量来实现，

对于规则3来说，当变量超过它的作用域或被赋值或成员变量被丢弃时就能实现

对于规则4，当RC=0时，系统就会自动调用

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__weak ownership qualifier

其实编译器根据__strong修饰符来管理对象内存。但是__strong并不能解决引用循环(Reference Cycle)问题：对象A持有对象B，反过来，对象B持有对象A；这样会导内存造成内存泄露问题。

@interface Test : NSObject

@property (strong, nonatomic) id objc;

@end

{

    Test *test1 = [Test new];        /* 对象a */

    /* test1有一个强引用到对象a */

    Test *test2 = [Test new];        /* 对象b */

    /* test2有一个强引用到对象b */

    test1.objc = test2;              /* 对象a的成员变量objc有一个强引用到对象b */

    test2.objc = test1;              /* 对象b的成员变量objc有一个强引用到对象a */

}

/*   当变量test1超过它作用域时，它指向a对象会自动release

 *   当变量test2超过它作用域时，它指向b对象会自动release

 *   此时，b对象的objc成员变量仍持有一个强引用到对象a

 *   此时，a对象的objc成员变量仍持有一个强引用到对象b

 *   于是发生内存泄露

 */

如何解决？于是我们引用一个__weakownership qualifier，被它修饰的变量都不持有对象的所有权，而且当变量指向的对象的RC为0时，变量设置为nil。例如：

__weak NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Sam Lau"];

NSLog(@"%@", text);

由于text变量被__weak修饰，text并不持有@"Sam Lau"对象的所有权，@"Sam Lau"对象一创建就马上被释放，并且编译器给出警告，所以打印结果为(null)。

所以，针对刚才的引用循环问题，只需要将Test类的属性objc设置weak修饰符，那么就能解决。

@property (weak, nonatomic) id objc;

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__unsafe_unretained ownership qualifier

__unsafe_unretained ownership qualifier，正如名字所示，它是不安全的。它跟__weak相似，被它修饰的变量都不持有对象的所有权，但当变量指向的对象的RC为0时，变量并不设置为nil，而是继续保存对象的地址；这样的话，对象有可能已经释放，但继续访问，就会造成非法访问(Invalid Access)。例子如下：

__unsafe_unretained id obj0 = nil;

{

    id obj1 = [[NSObject alloc] init];     // 对象A

    /* 由于obj1是强引用，所以obj1持有对象A的所有权，对象A的RC=1 */

    obj0 = obj1;

    /* 由于obj0是__unsafe_unretained，它不持有对象A的所有权，但能够引用它，对象A的RC=1 */

    NSLog(@"A: %@", obj0);

}

/* 当obj1超过它的作用域时，它指向的对象A将会自动释放 */

NSLog(@"B: %@", obj0);

/* 由于obj0是__unsafe_unretained，当它指向的对象RC=0时，它会继续保存对象的地址，所以两个地址相同 */

如果将__unsafe_unretained改为weak的话，两个打印结果将不同

__weak id obj0 = nil;

{

    id obj1 = [[NSObject alloc] init];     // 对象A

    /* 由于obj1是强引用，所以obj1持有对象A的所有权，对象A的RC=1 */

    obj0 = obj1;

    /* 由于obj0是__unsafe_unretained，它不持有对象A的所有权，但能够引用它，对象A的RC=1 */

    NSLog(@"A: %@", obj0);

}

/* 当obj1超过它的作用域时，它指向的对象A将会自动释放 */

NSLog(@"B: %@", obj0);

/* 由于obj0是__weak， 当它指向的对象RC=0时，它会自动设置为nil，所以两个打印结果将不同*/

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__autoreleasing ownership qualifier

引入ARC之后，让我们看看autorelease pool有哪些变化。没有ARC之前的写法如下：

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

// put object into pool

id obj = [[NSObject alloc] init];

[obj autorelease];

[pool drain];

/* 超过autorelease pool作用域范围时，obj会自动调用release方法 */

引入ARC之后，写法比之前更加简洁：

@autoreleasepool {

    id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];

}相比之前的创建、使用和释放NSAutoreleasePool对象，现在你只需要将代码放在@autoreleasepool块即可。你也不需要调用autorelease方法了，只需要用__autoreleasing修饰变量即可。

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有了ARC之后，新的property modifier也被引入到Objective-C类的property，例如：

@property (strong, nonatomic) NSString *text;

下面有张表来展示property modifier与ownership qualifier的对应关系

iOS 内存泄漏监测自动化：http://www.cocoachina.com/ios/20170102/18490.html