浅谈AutoReleasePool

非原创(怕以后找不到了码上)

目录

1. autorelease的本质
2. autoreleasepool的源码解析
3. autoreleasePoolPage的结构
4. autoreleasePool的结构和工作原理
5.autoreleasepool的嵌套
6. autorelaeasepool、NSRunLoop 、子线程三者的关系


1.autorelease的本质
  • autorelease本质就是延迟调用release方法
    MRC环境下,通过[obj autorelease]来延迟内存的释放
    ARC环境下,是不能手动调用,系统会自动给对象添加autorelease
2.autoreleasepool的源码解析

进入工程main.m文件中

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        ///ARC下会自动加入 autorelease方法
        NSObject * obj = [[NSObject alloc] init];
        ///MRC写法
        // NSObject * obj = [[[NSObject alloc] init] autorelease];
    }
}

进入终端,cd到main.m文件目录下,运行以下命令,将文件转换为main.cpp文件查看底层调用方法:
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp
在生成的main.cpp文件中我们可发现main函数被转化成下面C代码:

int main(int argc, char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; ///调用了objc_autoreleasePoolPush
        NSObject * obj = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
    }
}

查看__AtAutoreleasePool发现是一个C的结构体

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

这里面主要包含了两个方法:
1.__AtAutoreleasePool() { atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush(); }:构造函数,在创建结构体时调用
2.~__AtAutoreleasePool() { objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj); }:析构函数,在销毁结构体时调用

  • 为了方便,将代码转换为以下伪代码:
int main (int argc, char * argv[]) {
/// push
void *poolToken = objc_autoreleasePoolPush();
  这中间为写在{...}中的代码
// pop 将{...}中的对象都执行一次 release操作  
objc_autoreleasePoolPop(哨兵对象地址);//哨兵对象后面会讲到
}

-上面提到objc_autoreleasePoolPush()和 objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj)两个方法,看看源码实现(只保留重要部分):

void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}

由此发现autoreleasePool是依赖AutoreleasePoolPage实现的,具体里面实现后面再说,先来看看AutoreleasePoolPage的结构。

3.autoreleasePoolPage的结构

以下为AutoreleasePoolPage结构的主要部分

class AutoreleasePoolPage 
{
    PAGE_MAX_SIZE;//最大size 4096字节
    magic_t const magic; //用来校验AutoreleasePoolPage的结构是否完整
    id *next;//指向下一个即将产生的autoreleased对象的存放位置(当next == begin()时,表示AutoreleasePoolPage为空;当next == end()时,表示AutoreleasePoolPage已满
    pthread_t const thread;//指向当前线程,一个AutoreleasePoolPage只会对应一个线程,但一个线程可以对应多个AutoreleasePoolPage;
    AutoreleasePoolPage * const parent;//指向父结点,第一个结点的 parent 值为 nil;
    AutoreleasePoolPage *child;//指向子结点,最后一个结点的 child 值为 nil;
    uint32_t const depth;//代表深度,第一个page的depth为0,往后每递增一个page,depth会加1;
}

如下图:

image
  • 1.AutoreleasePoolPage 本质是这么一个节点对象,大小是4096字(PAGE_MAX_SIZE:4096)。
  • 2.前7个变量都是8字节,剩下的4040字节存储着autorelease对象地址
    1. push的调用分析
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

static inline void *push()
{
    return autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
}

static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
   //hotPage()表示当前页的 AutoreleasePoolPage 节点
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage(); 
    if (page && !page->full()) {
     // 当前 page 存在且没有满时,直接将对象添加到当前 page 中,即 next 指向的位置
        return page->add(obj); 
    } else if (page) { 
       // 当前 page 存在且已满时,创建一个新的 page ,并将对象添加到新创建的 page 中
        return autoreleaseFullPage(obj, page); 
    } else {
        // 当前 page 不存在时,即还没有 page 时,创建第一个 page ,并将对象添加到新创建的 page 中
        return autoreleaseNoPage(obj); 
    }
}
[obj autorelease], 给对象添加 autorelease 方法, 其实内部就是直接调用了 autoreleaseFast

4.autoreleasePool的结构和工作原理
  • autoreleasepool本质上就是一个指针堆栈,内部结构是由若干个以AutoreleasePoolPage对象为结点的双向链表组成,系统会在需要的时候动态地增加或删除page节点,如下图即为AutoreleasePoolPage组成的双向链表:

    image
  • 参考上图,整个流程大概如下:

1.在运行循环开始前,系统会自动创建一个autoreleasepool(一个autoreleasepool会存在多个AutoreleasePoolPage),此时会调用一次objc_autoreleasePoolPush函数,runtime会向当前的AutoreleasePoolPage中add进一个POOL_BOUNDARY(哨兵对象),代表autoreleasepool的起始边界地址),并返回此哨兵对象的内存地址。

2.这时候next指针则会指向POOL_BOUNDARY(哨兵对象)后面的地址(对象地址1)。

3.后面我们创建对象,如果对象调用了autorelease方法(ARC编译器会给对象自动插入autorelease),则会被添加进AutoreleasePoolPage中,位置是在next指针指向的位置,如上面next指向的是对象地址1,这是后添加的对象地址就在对象地址1这里,然后next就会 指向到对象地址2 ,以此类推,每添加一个地址就会向前移动一次,直到指向end()表示已存满。

4.当不断的创建对象时,AutoreleasePoolPage不断存储对象地址,直到存满后,则又会创建一个新的AutoreleasePoolPage,使用child指针和parent指针指向下一个和上一个page,从而形成一个双向链表,对象地址存储的顺序如图所示。

5.当调用objc_autoreleasePoolPop(哨兵对象地址)时(调用时机后面说),假设我们如上图,添加最后一个对象地址8,那么这时候就会依次由对象地址8 -> 对象地址1,每个对象都会调用release方法释放,直到遇到哨兵对象地址为止。

5.autoreleasepool的嵌套

当多个autoreleasepool嵌套,对象的释放,会是什么情况呢?
每次新建一个@ autoreleasepool,就会执行一次push操作,对应的具体实现就是往AutoreleasePoolPage中的next位置插入一个POOL_BOUNDARY(哨兵对象)。
如下:

@autoreleasepool   {///autoreleasepool1
       NSObject * obj1 = [[NSObject alloc] init];

    @autoreleasepool  {///autoreleasepool2
        NSObject * obj2 = [[NSObject alloc] init];
        NSObject * obj3 = [[NSObject alloc] init];
    }
}

image

释放流程:
1.当autoreleasepool1创建时,会添加哨兵对象1,接着obj1的创建,则把obj1地址添加进来。

  1. 当autoreleasepool2创建,会添加哨兵对象2,位置是obj1后面(上面next指针指向原理),然后依次把obj2和obj3加进来。

3.当autoreleasepool2结束时,obj3,obj2,会找到离它们最近的autoreleasepool即
autoreleasepool2,然后依次调用release,直到哨兵对象2位置。

4.当autoreleasepool1结束时,当obj1调用release,直到哨兵对象1位置,

6. autorelaeasepool、NSRunLoop 、子线程三者的关系

1.主线程默认为我们开启 Runloop,Runloop 会自动帮我们创建Autoreleasepool,并进行Push、Pop 等操作来进行内存管理。

2.子线程默认不开启runloop,当产生autorelease对象时候,会将对象添加到最近一次创建的autoreleasepool中,一般是main函数中的autoreleasepool,由主线程runloop管理;也就是不用手动创建Autoreleasepool,线程销毁时在会在最近一次创建的autoreleasepool 中释放对象。

3.自定义的 NSOperation 和 NSThread 需要手动创建自动释放池。比如: 自定义的 NSOperation 类中的 main 方法里就必须添加自动释放池。否则出了作用域后,自动释放对象会因为没有自动释放池去处理它,而造成内存泄露。
但对于 blockOperation 和 invocationOperation 这种默认的Operation ,系统已经帮我们封装好了,不需要手动创建自动释放池。

4.AutoreleasePool是按线程一一对应的(结构中的thread指针指向当前线程),每开一个线程,会有与之对应的AutoreleasePool。

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