使用__weak变量,指向的对象就会被加到autoreleasepool中?

在《Objective-C高级编程》的第一部分内存管理中,有这么一节,其中说明了一个结论:

使用附有__weak修饰符的变量,即是使用注册到autoreleasepool中的对象。

按道理来说没有错。在ARC环境下,为了防止在使用过程中__weak指针指向的对象被释放,运行时系统就会自动将对象加入自动释放池中( -autorelease ),延后释放过程。

1. 对于书中结论的验证

可是,按照书中的验证方式,我并没有发现autoreleasepool的容器中插入了对象。更离奇的是,书中还有说:

如果大量地使用附有__weak修饰符的变量,注册到autoreleasepool的对象也会大量增加。

{
    id __weak o = obj;
    NSLog(@"1 %@", o);
    NSLog(@"2 %@", o);
    NSLog(@"3 %@", o);
    NSLog(@"4 %@", o);
    NSLog(@"5 %@", o);
} 

通过调用 _objc_autoreleasePoolPrint() 函数,书中得到的结果是:

#########
AUTORELEASE POOLS for thread 0xad0392c0
6 releases pending
[0x6a85000] ............ PAGE (hot) (cold)
[0x6a85028] ############ POOL 0x6a85028
[0x6a8502c] 0x6719e40 NSObject
[0x6a85030] 0x6719e40 NSObject
[0x6a85034] 0x6719e40 NSObject
[0x6a85038] 0x6719e40 NSObject
[0x6a8503c] 0x6719e40 NSObject
########

可是实际上,我的到的结果是

objc[4106]: ##############
objc[4106]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000a95c0
objc[4106]: 1 releases pending.
objc[4106]: [0x102801000] ................ PAGE (hot) (cold)
objc[4106]: [0x102801038] ############## POOL 0x102801038
objc[4106]: ##############

明显不一致。那么问题出在哪呢?

因为我想,使用__weak对象,即是对__weak对象发消息。因此,换一种方式,调用任意一个方法,比如:

@autoreleasepool {
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    id __weak weakObj = obj;
    [weakObj description];
    [weakObj description];
    [weakObj description];
    [weakObj description];
    [weakObj description];
    _objc_autoreleasePoolPrint();
}

得到的结果是

objc[4279]: ##############
objc[4279]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000a95c0
objc[4279]: 6 releases pending.
objc[4279]: [0x101003000] ................ PAGE (hot) (cold)
objc[4279]: [0x101003038] ################ POOL 0x101003038
objc[4279]: [0x101003040] 0x102025d00 __NSCFString
objc[4279]: [0x101003048] 0x1020022e0 __NSCFString
objc[4279]: [0x101003050] 0x102025cb0 __NSCFString
objc[4279]: [0x101003058] 0x102025db0 __NSCFString
objc[4279]: [0x101003060] 0x102025de0 __NSCFString
objc[4279]: ##############

这便与书中的结论不谋而合了。

同时,这也证实了“使用附有__weak修饰符的变量,即是使用注册到autoreleasepool中的对象”这一结论。

那么,添加到autoreleasepool的这一过程是如何实现的呢。

按书中所说,使用__weak对象之前,__weak指针进行了如下操作:

id tmp = objc_loadWeakRetained(&obj);
objc_autorelease(tmp);

其中,objc_loadWeakRetained实现如下:

id
objc_loadWeakRetained(id *location)
{
    // id *location即指向对象的指针(也就是weak指针的地址)
    
    id obj;
    id result;
    Class cls;

    SideTable *table;
    
 retry:
    obj = *location; // 取出对象
    if (!obj) return nil;
    if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
    
    table = &SideTables()[obj]; // 获取对应的SideTable
    
    table->lock();
    if (*location != obj) {
        table->unlock();
        goto retry;
    }
    
    result = obj;

    cls = obj->ISA();
    if (! cls->hasCustomRR()) {
        assert(cls->isInitialized());
        
        // 没有覆盖内存管理的相关方法,
        // 则对obj进行retain操作
        if (! obj->rootTryRetain()) {
            // 不成功,返回nil
            result = nil;
        }
    }
    else {
        if (cls->isInitialized() || _thisThreadIsInitializingClass(cls)) {
            BOOL (*tryRetain)(id, SEL) = (BOOL(*)(id, SEL))
                class_getMethodImplementation(cls, SEL_retainWeakReference);
            if ((IMP)tryRetain == _objc_msgForward) {
                result = nil;
            }
            // tryRetain的IMP存在(函数指针存在)
            else if (! (*tryRetain)(obj, SEL_retainWeakReference)) {
                // 指行retain不成功,返回nil
                result = nil;
            }
        }
        else {
            // class没有初始化(首次访问)
            table->unlock();
            // 对cls进行初始化,之后重新检查
            _class_initialize(cls);
            goto retry;
        }
    }
        
    table->unlock();
    return result;
}

由代码可知,

  1. 真正的操作即是对weak指向对象的 obj->rootTryRetain() 操作。在其中根据对象类型进行retain。
  2. 之后,返回的tmp对象即为指向的对象(与obj相同),对其进行autorelease操作,将对象添加到底层当前的AutoReleasePoolPage中,以延后释放。
  3. 最后,才可以正常使用__weak对象进行操作。
  4. 当autoreleasepool准备drain时,才会将weak指向的对象进行release。

从此过程中,我们可以知道:

每使用一次__weak对象,运行时系统都会将其指向的原始对象先retain,之后保存到自动释放池中( AutoReleasePoolPage的add() 函数)。因此如果大量调用__weak对象,则会重复进行此工作。不仅耗费无意义的性能(重复存储同一对象),还会使内存在短时间内大量增长

2. NSLog引发的猜想

虽然过程明白了,但是还有一个问题,为什么按照书中,使用NSLog函数访问__weak对象,就不会将指向的对象加入到autoreleasepool中呢?

NSLog访问weak变量.jpg

如图,在调试代码过程中,偶然发现,在每次执行NSLog语句时,都会触发调用objc_autoreleasePoolPush函数,调用完成之后,还会执行objc_autoreleasePoolPop函数。这不就是明显的 @autoreleasepool{} 的实现吗?

通过调试不难发现,通过NSLog访问__weak对象并不是不触发添加到自动释放池的过程,而是在NSLog自身实现中,包含了自己的autoreleasepool,在调用过程中,__weak指向的对象被retain后,加入到了此内部的autoreleasepool中。待NSLog执行完成后,autoreleasepool在RunLoop的循环中被释放,其内部的对象也被移除出autoreleasepool后被执行release了。
因此,在外部方法执行过程中,__weak指针指向的对象的引用计数不发生变化,且所在的autoreleasepool中并不包含此对象就不难理解了。

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