iOS-底层原理30：内存管理（二）强引用分析

本文主要是通过定时器来梳理强引用的几种解决方案

强引用

假设此时有两个界面A、B，从A push 到B界面，在B界面中有如下定时器代码。当从B pop回到A界面时，发现定时器没有停止，其方法仍然在执行，为什么？

self.timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(fireHome) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:self.timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

其主要原因是B界面没有释放，即没有执行dealloc方法，导致timer也无法停止和释放。

现在，我们从底层来深入研究，为什么B界面有了timer之后，导致B界面释放不掉，即不会走到dealloc方法。我们可以通过官方文档查看timerWithTimeInterval:target:selector:userInfo:repeats:方法中对target的描述

从文档中可以看出，timer对传入的target具有强持有，即timer持有self。由于timer是定义在B界面中，所以self也持有timer，因此 self -> timer -> self构成了循环引用

在iOS-底层原理28：Block底层原理文章中，针对循环应用提供了几种解决方式。我们我们尝试通过__weak即弱引用来解决，代码修改如下

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:weakSelf selector:@selector(fireHome) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:self.timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

再次运行程序，进行push-pop跳转。发现问题还是存在，即定时器方法仍然在执行，并没有执行B的dealloc方法，

问题： 为什么__weak不能解决强引用的问题？

解答：

使用__weak虽然打破了 self -> timer -> self之前的循环引用，即引用链变成了self -> timer -> weakSelf -> self，但是
1、当前timer除了被self持有，还被加入了[NSRunLoop currentRunLoop]中
2、当前timer直接指向self的内存空间，是对内存进行强持有，而不是简单的指针拷贝。

最初引用链应该是这样的

加上weakSelf之后，变成了这样

weakSelf 与 self

对于weakSelf 和 self，主要有以下两个疑问：

1、weakSelf会对引用计数进行+1操作吗？

2、weakSelf 和 self 的指针地址相同吗，是指向同一片内存吗？

先看下weakSelf是否会对引用计数+1

NSLog(@"%ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)self));
__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSLog(@"%ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)self));

运行结果

两次结果相同，因此可以得出一个结论：

weakSelf没有对内存进行+1操作

继续打印weakSelf 和 self，以及指针地址

po weakSelf
po self

po &weakSelf
po &self

打印结果

从打印结果可以看出:

weakSelf 和 self 内存地址是相同的，指向的是同一片内存空间；

当前self取地址 和 weakSelf取地址的值是不一样的，意味着有两个指针地址；

• 从上面打印可以看出，此时timer捕获的是，是一个对象，所以无法通过weakSelf来解决强持有。即引用链关系为：NSRunLoop -> timer -> weakSelf（）。所以RunLoop对整个 对象的空间有强持有，runloop没停，timer 和 weakSelf是无法释放的；

• 而我们在Block原理中提及的block的循环引用，与timer的是有区别的。通过block底层原理的方法__Block_object_assign可知，block捕获的是 对象的指针地址，即weakself 是 临时变量的指针地址，跟self没有关系，因为weakSelf是新的地址空间。所以此时的weakSelf相当于中间值。其引用关系链为self -> block -> weakSelf（临时变量的指针地址），可以通过地址拿到指针；

所以在这里，我们需要区别下block和timer循环引用的模型：

timer模型：self -> timer -> weakSelf -> self，当前的timer捕获的是B界面的内存，即vc对象的内存，即weakSelf表示的是vc对象

Block模型：self -> block -> weakSelf -> self，当前的block捕获的是指针地址，即weakSelf表示的是指向self的临时变量的指针地址

解决 强引用（强持有）

思路一：pop时在其他方法中销毁timer

根据前面的解释，我们知道由于Runloop对timer的强持有，导致了Runloop间接的强持有了self（因为timer中捕获的是vc对象）。所以导致dealloc方法无法执行。需要查看在pop时，是否还有其他方法可以销毁timer。这个方法就是didMoveToParentViewController

• didMoveToParentViewController方法，是用于当一个视图控制器中添加或者移除viewController后，必须调用的方法。目的是为了告诉iOS，已经完成添加/删除子控制器的操作。

• 在被强持有的页面（B界面）中重写didMoveToParentViewController方法

- (void)didMoveToParentViewController:(UIViewController *)parent{
    // 无论push 进来 还是 pop 出去 正常跑
    // 就算继续push 到下一层 pop 回去还是继续
    if (parent == nil) {
       [self.timer invalidate];
        self.timer = nil;
        NSLog(@"timer 走了");
    }
}

思路二：中介者模式，即不使用self，依赖于其他对象

在timer模式中，我们重点关注的是fireHome能执行，并不关心timer捕获的target是谁，由于这里不方便使用self（因为会有强持有问题），所以可以将target换成其他对象，例如将target换成NSObject对象，将fireHome交给target执行

• 将timer的target 由self改成objc

//**********1、定义其他对象**********
@property (nonatomic, strong) id            target;

//**********1、修改target**********
self.target = [[NSObject alloc] init];
class_addMethod([NSObject class], @selector(fireHome), (IMP)fireHomeObjc, "v@:");
self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self.target selector:@selector(fireHome) userInfo:nil repeats:YES];

//**********3、imp**********
void fireHomeObjc(id obj){
    NSLog(@"%s -- %@",__func__,obj);
}

运行结果

运行发现执行dealloc之后，timer还是会继续执行。原因是解决了中介者的释放，但是没有解决中介者的回收，即self.target的回收。所以这种方式有缺陷。

可以通过在dealloc方法中，取消定时器来解决，代码如下

- (void)dealloc{
    [self.timer invalidate];
    self.timer = nil;
    NSLog(@"%s",__func__);
}

运行结果如下，发现pop之后，timer释放，从而中介者也会进行回收释放

思路三：自定义封装timer

• 在初始化方法中，定义一个timer，其target是自己。即timerWapper中的timer，一直监听自己，判断selector，此时的selector已交给了传入的target（即vc对象），此时有一个方法fireHomeWapper，在方法中，判断target是否存在

  • 如果target存在，则需要让vc知道，即向传入的target发送selector消息，并将此时的timer参数也一并传入，所以vc就可以得知fireHome方法，这就是这种方式定时器方法能够执行的原因

  • 如果target不存在，已经释放了，则释放当前的timerWrapper，即打破了RunLoop对timeWrapper的强持有 （timeWrapper <-×- RunLoop）

• 自定义lbh_invalidate方法中释放timer。这个方法在vc的dealloc方法中调用，即vc释放，从而导致timerWapper释放，打破了vc对timeWrapper的的强持有（ vc -×-> timeWrapper）

//*********** .h文件 ***********
@interface LBHTimerWapper : NSObject

- (instancetype)lbh_initWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti target:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector userInfo:(nullable id)userInfo repeats:(BOOL)yesOrNo;
- (void)lbh_invalidate;

@end

//*********** .m文件 ***********
#import "LBHTimerWapper.h"
#import 

@interface LBHTimerWapper ()

@property(nonatomic, weak) id target;
@property(nonatomic, assign) SEL aSelector;
@property(nonatomic, strong) NSTimer *timer;

@end

@implementation LBHTimerWapper

- (instancetype)lbh_initWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti target:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector userInfo:(nullable id)userInfo repeats:(BOOL)yesOrNo{
    if (self == [super init]) {
        //传入vc
        self.target = aTarget;
        //传入的定时器方法
        self.aSelector = aSelector;
        
        if ([self.target respondsToSelector:self.aSelector]) {
            Method method = class_getInstanceMethod([self.target class], aSelector);
            const char *type = method_getTypeEncoding(method);
            //给timerWapper添加方法
            class_addMethod([self class], aSelector, (IMP)fireHomeWapper, type);
            
            //启动一个timer，target是self，即监听自己
            self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:ti target:self selector:aSelector userInfo:userInfo repeats:yesOrNo];
        }
    }
    return self;
}

//一直跑runloop
void fireHomeWapper(LBHTimerWapper *wapper){
    //判断target是否存在
    if (wapper.target) {
        //如果存在则需要让vc知道，即向传入的target发送selector消息，并将此时的timer参数也一并传入，所以vc就可以得知`fireHome`方法，就这事这种方式定时器方法能够执行的原因
        //objc_msgSend发送消息，执行定时器方法
        void (*lg_msgSend)(void *,SEL, id) = (void *)objc_msgSend;
         lg_msgSend((__bridge void *)(wapper.target), wapper.aSelector,wapper.timer);
    }else{
        //如果target不存在，已经释放了，则释放当前的timerWrapper
        [wapper.timer invalidate];
        wapper.timer = nil;
    }
}

//在vc的dealloc方法中调用，通过vc释放，从而让timer释放
- (void)lbh_invalidate{
    [self.timer invalidate];
    self.timer = nil;
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

timerWapper的使用

//定义
self.timerWapper = [[LBHTimerWapper alloc] lbh_initWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(fireHome) userInfo:nil repeats:YES];

//释放
- (void)dealloc{
     [self.timerWapper lbh_invalidate];
}

运行结果

这种方式看起来比较繁琐，步骤很多，而且针对timerWapper，需要不断的添加method，需要进行一系列的处理

思路四：利用NSProxy虚基类的子类

可以通过NSProxy虚基类，可以交给其子类实现，NSProxy的介绍在iOS-底层原理28：Block底层原理已经介绍过了，这里不再重复

首先定义一个继承自NSProxy的子类

//************NSProxy子类************
@interface LBHProxy : NSProxy
+ (instancetype)proxyWithTransformObject:(id)object;
@end

@interface LBHProxy()
@property (nonatomic, weak) id object;
@end


@implementation LBHProxy

+ (instancetype)proxyWithTransformObject:(id)object{
    LBHProxy *proxy = [LBHProxy alloc];
    proxy.object = object;
    return proxy;
}

// 仅仅添加了weak类型的属性还不够，为了保证中间件能够响应外部self的事件，需要通过消息转发机制，让实际的响应target还是外部self，这一步至关重要，主要涉及到runtime的消息机制。
// 转移
// 强引用 -> 消息转发

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return self.object;
}

@end

调用代码

@interface LGTimerViewController ()
@property (nonatomic, strong) LBHProxy * proxy;
@property (nonatomic, strong) NSTimer * timer;
@end

@implementation LGTimerViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    // 创建虚基类代理
    self.proxy = [LBHProxy proxyWithTransformObject: self];
    self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self.proxy selector:@selector(fireHome) userInfo:nil repeats:YES];
}

- (void)fireHome{
    NSLog(@"hello word" ); // 调用
}

- (void)dealloc{
    // 释放
    [self.timer invalidate];
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

这样做的主要目的是将强引用的注意力转移成了消息转发。虚基类只负责消息转发，即使用NSProxy作为中间代理、中间者

这里有个疑问，定义的proxy对象，在dealloc释放时，还存在吗？

proxy对象会正常释放，因为vc正常释放了，所以可以释放其持有者，即timer和proxy，timer的释放也打破了runLoop对proxy的强持有。完美的达到了两层释放，即 vc -×-> proxy <-×- runloop，解释如下：

• vc释放，导致了proxy的释放

• dealloc方法中，timer进行了释放，所以runloop强引用也释放了