iOS备战之内存管理（二）

内存管理方案

iOS操作系统是怎么管理内存的，本次就来详细的分析不同情况下使用的不同方案。

简要的说有三种内存管理方案在不同情况下使用。对于一些小对象，采用的是TaggedPointer内存管理方案；对于64位架构的应用程序，采用的是NONPOINTER_ISA内存管理方案；剩下的就是我们常说的引用计数表和弱引用表内存管理方案。

在开始之前，我们需要知道一些基本的知识：字节是内存的基本单位，32位系统中一个指针占用4个字节；64位系统中一个指针占用8个字节。没有内存优化的情况下，从32位系统到64位系统后，逻辑没有变化，但是对象占用的内存会翻倍。

1、TaggedPointer

在64位处理器后，Apple提出的内存管理方案。引入TaggedPointer之后，相同逻辑能减少一半的内存占用，以及3倍的访问速度提升，100倍的创建、销毁提升。存取性能很高！

TaggedPointer主要是用来处理小对象，比如NSNumber、NSDate等这一类占用内存比较小的对象，它们往往不需要8个字节，这个时候可以把一个对象的指针拆成两部分，一部分保存数据，另一部分作为特殊标记，表示这是一个特殊的指针，不指向任何地址。

如果存储的数据大小超过TaggedPointer对象可存储大小的时候，系统将不会以TaggedPointer的方式进行存储，将采用普通对象的方式进行存储。

最后总结一下：

1. TaggedPointer的引入，给64位系统带来了内存的节省和运行效率的提高，完美解决了小对象浪费内存的情况。
2. TaggedPointer通过在其最后一个bit位设置一个特殊标记，用于将数据直接保存在指针本身中。
3. TaggedPointer指针的值不是地址，是一个真正的值，不是真正的对象，所以内存并不存储在堆上，所以也不需要malloc和free。
4. TaggedPointer没有isa指针，是一个特别的指针，不指向任何一个地址，所以我们在使用时不能直接访问其isa对象。

参考：
https://blog.csdn.net/wangyanchang21/article/details/80570863
http://www.cocoachina.com/articles/13449
https://blog.csdn.net/Zsk_Zane/article/details/94492069
https://www.jianshu.com/p/dcbf48a733f9

2、NONPOINTER_ISA

非指针型ISA内存管理方案
arm64架构下isa占用64bit位，Apple为了优化性能，提高内存利用率，存储类对象地址只用了33位，其他的bit位用来存储一些内存管理方案的数据。

objc源码如下：

union isa_t {
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

isa是一个结构体，在isa的里面定义了一个位域：ISA_BITFIELD，点击查看这个宏：
(代码分为两部分，arm64和x86_64的不同结构)

# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
#   define ISA_BITFIELD                                                      \
      uintptr_t nonpointer        : 1;                                       \
      uintptr_t has_assoc         : 1;                                       \
      uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                       \
      uintptr_t shiftcls          : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
      uintptr_t magic             : 6;                                       \
      uintptr_t weakly_referenced : 1;                                       \
      uintptr_t deallocating      : 1;                                       \
      uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                       \
      uintptr_t extra_rc          : 19
#   define RC_ONE   (1ULL<<45)
#   define RC_HALF  (1ULL<<18)

# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
#   define ISA_BITFIELD                                                        \
      uintptr_t nonpointer        : 1;                                         \
      uintptr_t has_assoc         : 1;                                         \
      uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                         \
      uintptr_t shiftcls          : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \
      uintptr_t magic             : 6;                                         \
      uintptr_t weakly_referenced : 1;                                         \
      uintptr_t deallocating      : 1;                                         \
      uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                         \
      uintptr_t extra_rc          : 8
#   define RC_ONE   (1ULL<<56)
#   define RC_HALF  (1ULL<<7)

bit位	位数	表示的含义
nonpointer	1	0表示普通的isa，1表示non pointer isa
has_assoc	1	是否有关联对象，0代表没有，1代表有
has_cxx_dtor	1	当前对象是否使用c++函数
shiftcls	33	当前对象的类对象的指针地址
magic	6	等同0x2d，调试器使用它来判断对象是否完成了初始化
weakly_referenced	1	对象是否有弱引用指针
deallocating	1	对象是否正在dealloc
has_sidetable_rc	1	当前isa指针中存储的引用计数是否达到上限，达到上限后需要外挂一个sidetable来存储引用计数
extra_rc	19	额外的引用计数，当前引用计数很小的时候，存储在此处

extra_rc存储的引用计数，实际引用计数应该是extra_rc+1，比如extra_rc为6，则真正的引用计数是7.
extra_rc占用了19的bit位，可以存储的最大引用计数是2^19 = 524288，超过它就需要外挂一个sidetable来存储引用计数，

在初始化isa源码中，
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
有一段代码 ：
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
从这里可以看到将类地址右移三位得到有效的33位 shiftcls 位。

https://mobile.51cto.com/hot-588313.htm

3、散列表 SideTables()

此部分篇幅较长，单独解析。