内存管理

• 内存布局
• 内存管理方案
• 数据结构
• ARC & MRC
• 引用计数
• 弱引用
• 自动释放池
• 循环引用

一、内存布局

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* stack 方法调用
* heap 通过alloc分配的对象
* bss 未初始化的全局变量等
* data 已初始化的全局变量等
* text 程序代码

二、内存管理方案

• TaggedPointer ---- 一些小对象，如 NSNumber
• NONPOINTER_ISA ---- 64位架构下的 ios 程序
• 散列表 ---- 复杂的数据结构，包括引用计数表和弱引用表

三、数据结构

1. NONPOINTER_ISA

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• indexed -- 标志位，若为0：此 isa 指针为纯的 isa 指针，里面的内容代表了当前对象类对象的地址；若为1：为非指针型的 isa ，不仅存储了类对象的地址，而且还有内存管理的数据
• has_assoc -- 是否有关联对象；0-无；1-有；
• has_cxx_dtor -- 当前对象是否使用到 c++ 相关代码
• shiftcls -- 当前对象类对象的指针地址，共33位
• magic -- 对内存管理无影响
• weakly_referenced -- 此对象是否有弱引用指针
• deallocating -- 是否有 dealloc 操作
• has_sidetable_rc -- 当前引用计数是否达到上限，是否引用散列表计数
• extra_rc -- 额外引用计数（若超出则使用散列表存储）

2. 散列表

SideTables()结构 -- 实际为一个哈希表

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SideTable结构

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问题：为什么SideTable是好几张表，而不是一张表：

假如是一张表的话，系统的所有对象都会在一张表中，那么当对其进行操作的时候，那么必然需要加锁，当有大量相似操作的时候，效率会大大降低；多张表相当于多线程操作，可以提高效率

问题：怎样实现快速分流(怎样根据key找到SideTable位置)：

SideTables本质是一张Hash表，通过哈希查找找到下表

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例如：给定值是对象的内存地址，目标值是数组下标索引

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不会遍历所有的表，所以会提高查找效率。

3.散列表的数据结构

• 自旋锁 --- spinlock_t
• 引用计数表 --- RefcountMap
• 弱引用表 --- weak_table_t

自旋锁

• 是“忙等”的锁。即若当前所被其他线程所获取，当前线程会不断探索这个锁是否被释放，若被释放会第一时间获取；
• 适用于轻量访问。例如对当前对象做加一减一操作；

引用计数表

• 是一个哈希表，为了查找提高查找效率，其中插入和获取都是通过同一个哈希算法来实现的，从而避免了 for 循环遍历。

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size_t

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实际是一个无符号的long型的值；第一位是是否有弱引用；第二位是是否有dealloc；其它位是引用计数位，所以在计算引用计数位的时候，需要向右偏移两位；

弱引用表

• 也是一张哈希表

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四、MRC、ARC

MRC

手动引用计数进行对象的内存管理

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其中标红的是MRC特有的方法

ARC

• ARC 是 LLVM（编译器） 和 Runtime 协作的结果
• ARC 中禁止手动调用 retain/release/retainCount/dealloc
• ARC 中新增 weak、strong 关键字

五、引用计数管理

实现原理分析

• alloc
• retain
• release
• retainCount
• dealloc

1、alloc实现

经过一系列的调用，最终调用了C函数 calloc；
此时并没有设置引用计数位1；

2、retain实现

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• 通过两次哈希查找；
• 第一次找到 SideTables 中对应的 SideTable 的位置，然后获取对应的引用计数表，
• 第二次查找是查找引用计数表中存储的引用计数值是 size_t 类型
• 然后对 size_t 进行加一操作。（其中，SIDE_RC_ONE 并非是1，而是4，因为前两位存储的并不是引用计数相关内容，需要右移2位）

3、release实现

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• 与 retain 操作基本相同，最后进行减一操作

4、retainCount实现

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• 首先声明一个局部变量为 1 ；
• 然后查找引用计数表中的引用计数
• 最后进行位与操作，获取引用计数

问题：新alloc的对象为什么引用计数为1？

解答：因为，新alloc出来的对象，在引用计数表中是没有数值的，所以上面 it->second 读出的值为0，又声明的局部变量为1，所以相加之后 retainCount 为1.

5、dealloc实现

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object_dispse()的实现：

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objc_destructInstance() (销毁实例对象)的实现：

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clearDeallocating() 的实现;

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六、弱引用管理

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1、添加 weak 变量：

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一个 __weak 修饰的对象，系统会调用objc_initWeak()方法对其处理，最终会调用 weak_register_no_lock()方法对其进行具体操作，通过弱引用对象进行一个哈希运算查找到在对应弱引用表的位置，若此位置有弱引用数组则添加新的对象到数组中，若没有则重新创建弱引用地址，在第0个位置添加新的weak指针，后面的初始化为0或者nil

源码解析：

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2、清除weak变量，同时设置指向为nil的过程：

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源码解析

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当一个对象进行dealloc操作，系统会调用 weak_clear_no_lock() 方法对其操作，具体是系统会通过哈希算法查找对应的弱引用表中的位置，若找到则返回一个数组，数组中存储所有的弱引用关系表，然后系统对数组进行遍历，把所有的弱引用指针分别指向nil

七、自动释放出

问题：

• 请问array的内存是在什么时候释放的？

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• AutoreleasePool的实现原理？
• AutoreleasePool为何可以嵌套使用？

1、AutoreleasePool

编译器会将@autoreleasepool{} 改写为

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objc_autoreleasePoolPush：

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objc_autoreleasePoolPop：

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一次pop操作相当于一次批量的pop操作

2、AutoreleasePool的数据结构

• 是以栈为结点的双向链表的形式组合而成；
• 是和线程一一对应的

双向链表

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栈

后入先出

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AutoreleasePoolPage

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原本的内存图：

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发生push操作后：

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[obj autorelease]的系统实现过程：

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AutoreleasePoolPage::pop

• 根据传入的哨兵对象找到对应的文职
• 给上次 push 操作之后添加的对象依次发送 release 消息
• 回退到 next 指针的正确位置

自动释放池总结

• 在当次的 RunLoop 将要结束的时候调用 AutoreleasePoolPage::pop()；
• 多层嵌套就是多次插入哨兵对象；
• 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，降低内存的峰值（使用场景）

八、循环引用

三种循环引用：

• 自循环引用
• 相互循环引用
• 多循环引用

1、自循环引用

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2、相互循环引用

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3、多循环引用

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注意点：

• 代理
• block
• NSTimer
• 大循环引用

如何破除循环引用？

• 避免产生循环引用（如使用弱引用修饰）
• 在合适的时机断掉循环引用

具体解决方案

• __weak
• __block
• __unsafe_unretained

1、__weak 破解

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2、__block 破解

注意：

• MRC 下，__block 修饰的对象不会增加其引用计数，避免了循环引用
• ARC 下，__block 修饰的对象会被强引用，无法避免循环引用，需手动解决

3、__unsafe_unretained 破解

• 修饰对象不会增加其引用计数，避免循环引用
• 如果被修饰对象在某一时机被释放，此时再次访问时，会产生悬垂指针，导致内存泄漏

NSTimer 的循环引用问题

1、若非循环 timer

可将 timer 设置无效，然后置空

2、循环 timer

设置中间对象，中间对象持有对 timer 和 VC 的弱引用变量。NSTimer 分派的回调是在中间变量中实现。在中间变量回调的方法中对其所持有的 target 进行判断，若当前值存在则将NSTimer的值回调给原对象；若不存在(已经被释放)，则设置timer为无效状态，具体代码实现如下：

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(修改系统方法实现)

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(完成改写)

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总结

• 什么是 ARC ？
• 为什么 weak 指针指向的对象在被废弃之后会被自动置为 nil ？
• 苹果是如何实现 AutoreleasePool 的？
• 什么是循环引用？有哪些循环引用？怎样解决？