本文将介绍block的类型,循环引用的解决方法以及block底层分析
Block简介
Block定义:带有自动变量的匿名函数,它是C语言的拓展功能,之所以是扩展,是因为C语言不允许存在这样的匿名函数
- 匿名函数
- 匿名函数式指不带函数名称的函数
- 带有自定变量
- Block拥有捕获外部变量的功能,在Block中访问一个外部的局部变量,Block会持有它的临时状态,自动捕获变量值,外部局部变量的变化不会影响它的状态(这个下面会讲到)。
Block类型
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block主要有三种类型
- 1.
__NSGlobalBlock__
:全局block,存储在全局区
此时block无参也无返回值,属于全局block
- 2.
__NSMallocBlock__
:堆区block,因为block既是函数,也是对象
此时block会访问外界变量,即底层拷贝a,所以是堆区block
- 3.
__NSStackBlock__
:栈区block
其中局部变量a在没有处理之前(即没有拷贝之前)是 栈区block, 处理后(即拷贝之后)是堆区block ,所以栈区block越来越少了
这个情况下,可以通过__weak不进行强持有,block就还是栈区block
总结
- 1.block是直接存储在
全局区
- 2.block如果
访问外界变量
,并进行block相应copy
- 如果此时的
block是强引用
,则block存储在堆区
,即堆区block - 如果此时的
block通过——weak变成了弱引用
,则block存储在栈区
,即栈区block
- 如果此时的
Block循环引用
【正常释放】:当A持有B
,当A调用dealloc方法
,给B发送release
信号,B收到release信号
,如果此时B的引用计数为0
时,则会调用B的dealloc方法
,此时A,B都能正常释放
【循环引用】:当A持有B
,B同时也持有A时
,此时A销毁需要B先销毁
,而B销毁同样需要A先销毁
,就导致相互等待销毁
,此时A,B的引用计数都不为0
,所以A,B此时都无法释放
。
解决循环引用
举个循环引用的例子:如下图上面代码发生了
循环引用
,因为在block内部使用了self的name变量
,导致block持有self
,而self本来就持有block
,就导致了self和block相互持有
。
下面来解决循环引用
- 1.
weak-strong-dance
(最常用的方法) - 2.
__block修饰对象,同时置nil
- 3.
传递对象self作为block的参数,提供给block内部使用
- 4.
使用NSProxy
weak-strong-dance(弱强共舞)
- 1.
如果block内部并未嵌套block,直接使用__weak修饰self即可
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, copy) void (^block)(void);
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
self.name = @"man";
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^(void){
NSLog(@"%@",weakSelf.name);
};
self.block();
}
由于此时的weakSelf和self指向同一片内存空间
,而且使用__weak不会导致self的引用计数发生变化
,可以通过打印weakSelf和self的指针地址
,以及self的引用计数来验证 [图片上传失败...(image-74b93d-1619163053376)]
- 2.如果
block内部嵌套block
,则需要同时使用__weak和__strong
如果只用weak修饰
,则可能出现block内部持有的对象被提前释放
,为了防止block内部变量被提前释放
,使用strong对引用计数+1
,防止提前释放
。
其中strongSelf是一个临时变量
,在block的作用域内
,当block执行完就会释放strongSelf
,这种方式属于打破self对block的强引用
,依赖于中间者模式
,属于自动置为nil
,也就是自动释放
。
__block修饰变量
这种方式同样依赖于中介者模式
,属于手动释放
,是通过__block修饰对象
,主要是因为__block修饰的对象是可以改变的
。
这里的
block必须调用
,如果不调用block
,vc就不会置空
,那么依旧是循环引用
,self和block都不会释放
。
对象self作用参数
主要是将对象self作用参数
,提供给block内部使用
,不会有引用计数问题
使用NSProxy虚拟类
-
OC
是只能单继承
的语言,但它是基于运行时的机制
,所以可以通过NSProxy
来实现伪多继承
,填补多继承的空白 -
NSProxy
和NSObject
是同级的类,是个虚拟类
,只是实现了NSObject的协议 -
NSProxy
其实是一个消息重定向封装的一个抽象类
,类似一个代理人,中间件,可以通过继承它,并重新写下面的两个方法来实现消息转发到另一个实例
使用场景
- 1.实现
多继承
功能 - 2.解决
NSTimer&CADisplayLink
创建时对self强引用
问题,这个在YYKit中YYWeakProxy有所使用的
循环引用解决原理
主要是通过自定义的NSProxy类
的对象来代替self
,并使用方法实现消息转发
,下面是NSProxy子类
的实现以及使用的场景
@interface LjProxy ()
@property(nonatomic, weak, readonly) NSObject *objc;
@end
@implementation LjProxy
- (id)transformObjc:(NSObject *)objc{
_objc = objc;
return self;
}
+ (instancetype)proxyWithObjc:(id)objc{
return [[self alloc] transformObjc:objc];
}
// 有了方法签名之后就会调用方法实现
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation{
SEL sel = [invocation selector];
if ([self.objc respondsToSelector:sel]) {
[invocation invokeWithTarget:self.objc];
}
}
// 查询该方法的方法签名
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel{
NSMethodSignature *signature;
if (self.objc) {
signature = [self.objc methodSignatureForSelector:sel];
}else{
signature = [super methodSignatureForSelector:sel];
}
return signature;
}
- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector{
return [self.objc respondsToSelector:aSelector];
}
@end
自定义Man和Teacher类
@implementation Man
- (void)likeFood {
NSLog(@"%@-->牛肉", self);
}
@end
@implementation Teacher
- (void)likeWork {
NSLog(@"%@->教书育人", self);
}
@end
通过LjProxy实现多继承功能
总结
循环引用解决的根本方式:
- 1.
打破self对block的强引用
,这需要对block进行声明
的时候使用weak修饰
,但是这会导致block提前释放
,所以这种方式不可行
- 2.
打破block对self的强引用
,主要就是self的作用域
和block作用域
的数据交
换问题,我们可以通过代理
,通知
,传值
等几种方式,用于解决循环
,我们对上面讲的列一下- weak-strong-dance(弱强共舞)
- __block修饰变量
- 对象self作用参数使用
- 使用NSProxy子类代替self
上面介绍了block的定义
,用法
以及如何解决循环引用
,下面我们来探寻下block的C++实现
Block C++实现
研究底层可以先从C++,断点调试开始
本质
创建block.c文件通过xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc block.c -o block.cpp
,将block.c编译成block.cpp,其中block在底层被编译成了以下的形式
我们用一张图来说明他们之间的联系通过上图我们可以知道
__main_block_impl_0
是一个结构体
,同时可以说明block是一个__main_block_impl_0类型的对象
,这也是为什么block能够%@打印的原因
下面我们来解释几个问题
block为什么需要调用
在底层block的类型__main_block_impl_0
结构体,通过其同名构造函数创建
,第一个传入的block的内部实现代码块
,即__main_block_func_0
,用fp表示
,然后赋值给impl的FuncPtr属性
,然后在main中进行了调用
,这也是block为什么需要调用的原因
。如果不调用
,block内部实现的代码块将无法执行
,可以总结为以下两点
- 1.
函数声明
:即block内部实现声明成了一个函数__main_block_func_0
- 2.
执行具体的函数实现
:通过调用block的FuncPtr指针
,调用block执行
block是如何获取外界变量的
我们将上面的代码当中调用block
__main_block_func_0
中的a是值拷贝
,如果此时在block内部实现中作 a++操作
,是有问题的
,会造成编译器的代码歧义
,即此时的a是只读的
。
【总结】:block捕获外界变量时,在内部会自动生成同一个属性来保存
__block原理
将上面代码的局部变量a使用__block修饰通过上面的截图我们可以得出以下结论:
- 1.main中的
a是以__Block_byref_a_0结构体
的形式出现的,是封装的对象
- 2.在
结构体__Block_byref_a_0
中,a的值存在int a中
- 3.在
__main_block_impl_0
中,将对象a的地址&a给构造函数
- 4.在
__main_block_func_0
内部对a的处理时指针拷贝
,此时创建的对象a
与传入对象的a
指向的是同一片内存空间
总结
- 1.
外界变量
通过__block
生成__Block_byref_a_0结构体
- 2.
结构体
用来保存
原始变量的指针和值
- 3.将变量生成的
结构体对象的指针地址传递给block
,然后在block内部就可以对外界变量进行操作了
上面__block和非__block修饰局部变量产生两种不同的拷贝
- 非__block修饰:
值拷贝
-浅拷贝
,只是拷贝数值
,且拷贝的值不可更改
,指向不同
的内存空间
,非__block修饰的变量a就是值拷贝 - __block修饰:
指针拷贝
-深拷贝
,生成的对象
指向同一片内存空间
,通过__block修饰的变量a就是指针拷贝
Block底层原理
确定block源码位置
在main函数中写如下代码我们发现走到了objc_retainBlock
,我们加符号断点objc_retainBlock
打印符号断点后,我们发现执行了_Block_copy
,我们再加符号断点_Block_copy
此时我们需要看_Block_copy实现,它在libsystem_blocks.dylib
源码中,我们去苹果官方下载下源码libclosure-74,在源码中搜索_Block_copy
通过查看_Block_copy
的源码实现,发现block在底层
的真正类型
是Block_layout
Block真正类型Block_layout
我们查看下Block_layout底层实现说明:
1.
isa
:指向的是block类型的类
-
2.flags:
标识符
,按bit位
表示一些block
的附加信息
,类似于isa中的位域
,其中flags
的种类
有以下几种,主要重点关注BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
和BLOCK_HAS_SIGNATURE
。BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
决定是否有Block_descriptor_2
。BLOCK_HAS_SIGNATURE
决定是否有Block_descriptor_3
- 第一位:
BLOCK_DEALLOCATING
,释放标记,一般常用BLOCK_NEEDS_FREE
做位与
操作,一同传入Flags,告知该block可释放
- 第十六位:
BLOCK_REFCOUNT_MASK
,存储引用计数的值
;是一个可选用参数 - 第二十四位:
BLOCK_NEEDS_FREE
,第16是否有有效的标志
,程序根据它来决定是否增加或是减少引用计数位
的 - 第二十五位:
BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
,是否拥有拷贝辅助函数
(a copy helper function) - 第二十六位:
BLOCK_HAS_CTOR
,是否拥有block析构函数
- 第二十七位:
BLOCK_IS_GC
,标志是否有垃圾回收
//OS X - 第二十八位:
BLOCK_IS_GLOBAL
,标志是否是全局block
- 第三十位位:
BLOCK_HAS_SIGNATURE
,与BLOCK_USE_STRET
相对,判断当前block是否拥有一个签名
。用于runtime时动态调用
- 第一位:
3.
reserved
:保留信息,可以理解预留位置
,猜测是用于存储block内部变量信息4.
invoke
:是一个函数指针
,指向block的执行代码
-
5.
descriptor
:block的附加信息
,比如保留变量数
、block的大小
、进行copy或dispose的辅助函数指针
。有三类-
Block_descriptor_1
是必选
-
Block_descriptor_2
和Block_descriptor_3
是可选
的
-
从上图可以知道:
Block_descriptor_2
和Block_descriptor_3
都是通过Block_descriptor_1
的地址,经过内存平移
得到的
Block内存变化
根据符号断点
我们打断点运行,走到objc_retainBlock,我们打印寄存器x0我们增加外部变量a,再次运行,在相同的位置再次打印x0我们发现此时的
block
是全局block
,即__NSGlobalBlock__
类型
此时读取
block
发现是栈block
即__NSStackBlock__
执行到符号断点
objc_retainBlock
时,我们发现还是栈区block
我们在增加符号断点_Block_copy
,继续往下走,来到_Block_copy断点,此时打印
此时的
x0地址不变
,说明此时的block还是栈区block
,我们在_Block_copy
尾部ret处打断点
,执行到断点处,再次打印
发现经过
_Block_copy之后
,x0
的地址
发生了变化
,我们打印x0地址后发现block
由栈区block变为堆区block
,即__NSMallocBlock__
同样上面的结论我们也可以通过读寄存器地址来得出
根据寄存器地址
我们重新运行项目,继续前面的断点,运行前面的断点,打印x0,x8,x9我们将代码运行到41行,在次打印上面的地址此时我们看到
x0
和x8
指向的是同一块内存空间
,用于存储__NSStackBlock__
,此时的x9存储
的是_block_invoke
此时的
x8
是_block_invoke
,blr就是跳转进入
的意思,也就是要进入_block_invoke
里
当我们进入
_block_invoke
中,可以得出是通过内存平移
得到block内部实现
的
前面提到的Block_layout
的结构体
源码中知道其有个属性invoke
,即block的执行者
,是从isa首地址平移16字节
得到invoke
,然后进行调用执行
的。
Block签名
最开始我们拿到了block的地址,前面底层我们知道block底层
是Block_layout的结构体
通过上图我们知道descriptor是附加信息
,我们打印下它的内容
找到
block地址
,通过内存平移找到descriptor
,然后x/8gx查看descriptor内存情况,我们前面说了descriptor
会有_Block_descriptor_2
或者_Block_descriptor_3
,只有_Block_descriptor_3存在签名
。
判断是否存在_Block_descriptor_2
,即flags的BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE(拷贝辅助函数)是否有值
- 1.先通过
p/x 1<<25
,即1左移25
位得到BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
- 2.再拿
flags与上BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
(flags是block首地址平移8字节
,即:0x00000000c1000002
看到打印结果为0
,表示没有Block_descriptor_2
。
判断是否存在Block_descriptor_3
,即flags的BLOCK_HAS_SIGNATURE(是否有签名)是否有值
- 1.先通过
p/x 1<<30
,即1左移30
位得到BLOCK_HAS_SIGNATURE
- 2.再拿
flags与上BLOCK_HAS_SIGNATURE
(flags是block首地址平移8字节
,还是:0x00000000c1000002
看到打印的结果不为0,说明有值
,说明是Block_descriptor_3
,存在签名
,看descriptor,其中第三个0x0000000104d63e87
表示签名
。我们将签名打印出来了
下面我们通过[NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v8@?0"]看下签名具体内容
下面我们具体来看下签名:
return value: -------- -------- -------- --------
type encoding (v) 'v'
flags {}
modifiers {}
frame {offset = 0, offset adjust = 0, size = 0, size adjust = 0}
memory {offset = 0, size = 0}
argument 0: -------- -------- -------- --------
type encoding (@) '@?' // 类型是否是@
flags {isObject, isBlock} // @是isObject ,?是isBlock,代表 isBlockObject
modifiers {}
frame {offset = 0, offset adjust = 0, size = 8, size adjust = 0}
memory {offset = 0, size = 8} // 所在偏移位置是8字节
block的签名信息
类似于方法的签名信息
,主要体现
在block返回值
,参数以及类型
等信息上。
Block的三次copy分析
Block_copy源码分析
- 进入
_Block_copy
源码,将block
从栈区拷贝至堆区
- 如果需要释放,如果需要则直接释放
- 如果是
globalBlock
,则不需要copy
,直接返回
- 反之,只有两种情况:
栈区block
or堆区block
,由于堆区block
需要申请空间
,前面并没有申请空间
的相关代码,所以只能是栈区block
- 通过
malloc申请内存空间
用于接收block
- 通过
memmove
将block拷贝至新申请的内存中
- 设置
block对象
的类型为堆区block
,即result->isa = _NSConcreteMallocBlock
- 通过
_Block_object_assign分析
要分析block的三层copy,首先需要知道外部变量的种类有哪些,在__block的cpp文件中
,对block修饰__main_block_desc_0_DATA
,而__main_block_desc_0_DATA
用的__main_block_copy_0
,最后对a的修饰_Block_object_assign
。对block修饰
其中用的最多
的是BLOCK_FIELD_IS_OBJECT
和BLOCK_FIELD_IS_BYREF
- 1.如果是
普通对象
,则交给ARC处理
,并拷贝对象指针
,即引用计数+1
,所以外界变量不能释放
- 2.如果是
block类型
的,则通过_Block_copy
操作,将block从栈区拷贝到堆区
- 3.如果是
__block修饰的变量
,调用_Block_byref_copy
函数,进行内存拷贝
以及常规处理
- 1.将传入对象,
强转
为Block_byref
结构体类型对象,保存一份 - 2.
没有
将外界变量拷贝到堆
,需要申请内存
,进行拷贝
- 3.如果已经
拷贝过
了,则进行处理并返回
- 4.其中
copy
和src
的forwarding指针都指向同一片内存
,这也是为什么__block
修饰的对象具有修改能力
的原因
代码验证
写如下代码:- 1.编译后lj_name比普通变量多了__Block_byref_id_object_copy_131和__Block_byref_id_object_dispose_131
- 2.__Block_byref_lj_name_0结构体中多了__Block_byref_id_object_copy和__Block_byref_id_object_dispose
通过上面的分析,我们可以知道这些方法的执行顺序_Block_copy
->_Block_byref_copy
->_Block_object_assign
,正好对应上述的三层copy 综上所述,那么block是如何拿到lj_name的呢?
- 1.通过
__block_copy方法
,将block拷贝至堆区
- 2.通过
_Block_object_assign
方法正常拷贝
,因为__block
修饰的外界变量在底层是Block_byref结构体
- 3.发现
外部变量
还存在一个对象
,从bref
中取出相应的对象lj_name,拷贝至block控件
,才能使用(相同空间才能使用,不同则不能使用
)。最后通过内存平移
得到lj_name
,此时的lj_name和外界lj_name是同一片内存空间
(从_Block_object_assign方法中的*dest = object;看出)
三层copy总结
通过上面我们看出,block的三层拷贝指的是以下三层:
- 【第一层】通过
_Block_copy
实现对象的自身拷贝
,从栈区拷贝至堆区
- 【第二层】通过
_Block_byref_copy
方法,将对象拷贝
为Block_byref结构体类型
- 【第三层】调用
_Block_object_assign
方法,对__block修饰
的当前变量的拷贝
【注意】只有__block修饰的对象才三层copy
拓展
_Block_object_dispose 分析
在__Block_byref_id_object_dispose_131
实现中调用的就是_Block_object_dispose
,下面我们看下_Block_object_dispose的底层实现:
下面看看_Block_byref_release实现通过源码我们可以知道
_Block_object_dispose
是进行release操作
,通过不同分区的block
,进行不同的释放操作
。而_Block_object_assign
是进行retain
操作的,
写到最后
写的内容比较多,由于本人能力有限,有些地方可能解释的有问题,请各位能够指出,同时对Block有关的疑问,欢迎大家留言。希望大家能够相互交流、探索,一起进步!