OC底层原理探索-AutoReleasePool

AutoReleasePool 自动释放池

自动释放池是OC中的一种内存自动回收机制，它可以将加入AutoreleasePool中的变量release的时机延迟，简单来说，就是当创建一个对象，在正常情况下，变量会在超出其作用域的时立即release。如果将对象加入到了自动释放池中，这个对象并不会立即释放，会等到runloop休眠/超出autoreleasepool作用域{}之后才会被释放。

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• 从程序启动到加载完成，主线程对应的runLoop会处于休眠状态，等待用户交互来唤醒runloop
• 用户每一次交互都会启动一次runLoop，用于处理用户的所有点击、触摸事件等
• runloop在监听到交互事件后，就会创建自动释放池，并将所有延迟释放的对象添加到自动释放池中
• 在一次完整的runloop结束之前，会向自动释放池中所有对象发送release消息，然后销毁自动释放池

原理探索

首先只声明一个AutoReleasePool

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
    }
    return 0;
}

进行clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp,发现原本的@autoreleasepool没有了，取而代之的是__AtAutoreleasePool结构体

struct __AtAutoreleasePool {
  __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
  void * atautoreleasepoolobj;
};

#pragma clang assume_nonnull end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

    }
    return 0;
}

这个结构体是由__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush(); 构造函数和~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);} 析构函数组成，所以自动释放池的本事是个对象

结构探索

在源码中搜索objc_autoreleasePoolPush方法

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进入AutoreleasePoolPage

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通过AutoreleasePoolPage的注释得知

• 线程的自动释放池是指针的堆栈
• 每个指针都是要释放的对象，或者是POOL_BOUNDARY，它是自动释放池的边界。
• 堆栈被分成一个双向链接的页面列表， 页面已添加对象并根据需要删除
• 线程本地存储指向新自动释放的热点页面对象被存储

接下来看下AutoreleasePoolPageData实现

class AutoreleasePoolPage;
struct AutoreleasePoolPageData
{
    #if SUPPORT_AUTORELEASEPOOL_DEDUP_PTRS
        struct AutoreleasePoolEntry {
            uintptr_t ptr: 48;
            uintptr_t count: 16;
            static const uintptr_t maxCount = 65535; // 2^16 - 1
        };
        static_assert((AutoreleasePoolEntry){ .ptr = MACH_VM_MAX_ADDRESS }.ptr == MACH_VM_MAX_ADDRESS, "MACH_VM_MAX_ADDRESS doesn't fit into AutoreleasePoolEntry::ptr!");
    #endif

    magic_t const magic; // 16
    __unsafe_unretained id *next; // 8
    pthread_t const thread; // 8
    AutoreleasePoolPage * const parent; // 8
    AutoreleasePoolPage *child; // 8
    uint32_t const depth; // 4
    uint32_t hiwat;  // 4

    AutoreleasePoolPageData(__unsafe_unretained id* _next, pthread_t _thread, AutoreleasePoolPage* _parent, uint32_t _depth, uint32_t _hiwat)
    : magic(), next(_next), thread(_thread),
      parent(_parent), child(nil),
      depth(_depth), hiwat(_hiwat)
    {
    }
};

• magic ⽤来校验AutoreleasePoolPage的结构是否完整；
• next 指向最新添加的autoreleased对象的下⼀个位置，初始化时指向begin()
• thread 指向当前线程
• parent 指向⽗结点，第⼀个结点的parent值为nil
• child 指向⼦结点，最后⼀个结点的child值为nil
• depth 代表深度，从0开始，往后递增1
• hiwat 代表high water mark最⼤⼊栈数量标记

源码实现

查看压栈实现

    static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (slowpath(DebugPoolAllocation)) {
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        ASSERT(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }

在release模式下会调用autoreleaseFast方法并传入POOL_BOUNDARY哨兵对象，进入autoreleaseFast方法

    static inline id *autoreleaseFast(id obj)
    {
        //获取当前页
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        // 如果当前页没有满并且存在，向该页中添加对象
        if (page && !page->full()) {
            return page->add(obj);
        } else if (page) {
            // 当前页存在，但是当前页面已经存满
            return autoreleaseFullPage(obj, page);
        } else {
            // 如果当前页不存在
            return autoreleaseNoPage(obj);
        }
    }

• 获取当前页面，如果当前页面存在且没有存满，则向当前页中存入对象
• 当前页存在，但是当前页面已经存满，则调用autoreleaseFullPage方法
• 当前页不存在，调用autoreleaseNoPage

查看autoreleaseFullPage

    static __attribute__((noinline))
    id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page)
    {
        // The hot page is full. 
        // Step to the next non-full page, adding a new page if necessary.
        // Then add the object to that page.
        ASSERT(page == hotPage());
        ASSERT(page->full()  ||  DebugPoolAllocation);
        // 进行do while循环当page页满了时，执行
        do {
            // 如果当前页存在子页面，将page设置为子页面
            if (page->child) page = page->child;
            // 如果不存在则 重新创建一个页面
            else page = new AutoreleasePoolPage(page);
        } while (page->full());
        // 将page页设置为当前页
        setHotPage(page);
        // 并将对象添加到page中
        return page->add(obj);
    }

查看autoreleaseNoPage方法

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新创建的AutoreleasePoolPage首先添加哨兵对象，然后插入obj，接下来看下AutoreleasePoolPage的构造函数

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由上图可知AutoreleasePoolPage是通过AutoreleasePoolPageData进行初始化的，AutoreleasePoolPageData的属性占用56字节

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• 一页是总大小是4096字节，每页的固定属性占用56字节
• 只有第一页有哨兵对象，所以第一页做多存储504个对象，其他的存储505个对象

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• AutoreleasePool是由多个AutoreleasePoolPage以双向链表的形式链接起来
• 在创建自动释放池时，先把创建的页面设置为hotPage,并在AutoreleasePoolPage中设置一个边界，当有对象调用autorelease时，会将对象放入AutoreleasePoolPage中
• 当hotPage加满时，会创建一个新的page，然后用双向链表链接起来，并把初始化的一页设置为hotPage，当自动释放池pop时，从最下面依次往上pop，调用每个对象的release方法，直到遇到哨兵对象

【注意点】
哪些对象可以放入自动释放池

• 在MRC下调用autorelease会加入到自动释放池
• 在ARC下，使用alloc, init,copy等方法创建的对象，不会加入到自动释放池

在自动释放池中，对象release而非销毁

NSRunLoop