内存管理

简介

• 内存的组成

  内存空间在逻辑上分为三部分：代码区、静态数据区和动态数据区，动态数据区又分为栈区和堆区。

  代码区：存储方法体的二进制代码。高级调度（作业调度）、中级调度（内存调度）、低级调度（进程调度）控制代码区执行代码的切换

  静态数据区：存储全局变量、静态变量、常量，常量包括final修饰的常量和String常量。系统自动分配和回收

  栈区：存储运行方法的形参、局部变量、返回值。由系统自动分配和回收。
  例如 int method(int a){int b;}栈中存储参数a、局部变量b、返回值temp。

  堆区：new一个对象的引用或地址存储在栈区，指向该对象存储在堆区中的真实数据。由程序员分配和回收（Java中由JVM虚拟机的垃圾回收机制自动回收）。
  例如 Class Student{int num; int age;} main方法中Student stu = new Student()；分配堆区空间中存储的该对象的num、age，变量stu存储在栈中，里面的值是对应堆区空间的引用或地址。

• 内存中的堆栈和数据结构堆栈

  内存中的堆栈是真实存在的物理区，数据结构中的堆栈是抽象的数据存储结构。

  数据结构中的堆栈

  栈：是一种连续存储的数据结构，特点是存储的数据先进后出。

  堆：是一棵完全二叉树结构，特点是父节点的值大于（小于）两个子节点的值（分别称为大顶堆和小顶堆）。它常用于管理算法执行过程中的信息，应用场景包括堆排序，优先队列等。

• 内存分配中的栈和堆

  堆栈空间分配

  栈（操作系统）：由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

  堆（操作系统）： 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式倒是类似于链表。

  堆栈缓存方式

  栈使用的是一级缓存， 他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放。

  堆则是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

引用计数

栈里面存放的是值类型，堆里面存放的是对象类型。对象的引用计数是在堆内存中操作的

引用计数简介

引用计数（Reference Count）是一个简单而有效的管理对象生命周期的方式。当我们创建一个新对象的时候，它的引用计数为 1，当有一个新的指针指向这个对象时，我们将其引用计数加 1，当某个指针不再指向这个对象是，我们将其引用计数减 1，当对象的引用计数变为 0 时，说明这个对象不再被任何指针指向了，这个时候我们就可以将对象销毁，回收内存。由于引用计数简单有效，除了 Objective-C 和 Swift 语言外，微软的 COM（Component Object Model ）、C++11（C++11 提供了基于引用计数的智能指针 share_prt）等语言也提供了基于引用计数的内存管理方式。

启动手工管理引用计数模式。 -fno-objc-arc
使用ARC 默认 -fobjc-arc

ARC指的是编译器在编译时会帮我们自动插入，包括 retain、release、copy、autorelease、autoreleasepool

引用计数的这种管理方式类似于文件系统里面的硬链接。在 Linux 文件系统中，我们用 ln 命令可以创建一个硬链接（相当于我们这里的 retain)，当删除一个文件时（相当于我们这里的 release)，系统调用会检查文件的 link count 值，如果大于 1，则不会回收文件所占用的磁盘区域。直到最后一次删除前，系统发现 link count 值为 1，则系统才会执行直正的删除操作，把文件所占用的磁盘区域标记成未用。

为什么需要引用计数

问题：对象 A 生成了一个对象 M，将对象 M 作为参数传递给对象B。

• 第一种暴力方法

  • 按照一般内存管理的原则是 “谁申请谁释放”，对象 A 在调用完对象 B 之后，马上就销毁参数对象 M，然后对象 B 需要将参数另外复制一份，生成另一个对象 M2，然后自己管理对象 M2 的生命期

    这种做法有一个很大的问题，就是它带来了更多的内存申请、复制、释放的工作。本来一个可以复用的对象，因为不方便管理它的生命期，就简单的把它销毁，又重新构造一份一样的，实在太影响性能

• 第二种配合方法

  • 对象 A 在构造完对象 M 之后，始终不销毁对象 M，由对象 B 来完成对象 M 的销毁工作。如果对象 B 需要长时间使用对象 M，它就不销毁它，如果只是临时用一下，则可以用完后马上销毁。

    这种做法看似很好地解决了对象复制的问题，但是它强烈依赖于 AB 两个对象的配合，代码维护者需要明确地记住这种编程约定,由于对象 M 的申请是在对象 A 中，释放在对象 B 中，使得它的内存管理代码分散在不同对象中，管理起来也非常费劲,这种方式带来的复杂性更大，更不可取

• 引用计数方法

• 正常情况下，当一段代码需要访问某个对象时，该对象的引用的计数加1；当这段代码不再访问该对象时，该对象的引用计数减1，表示这段代码不再访问该对象；当对象的引用计数为0时，表明程序已经不再需要该对象，系统就会回收该对象所占用的内存。

   - 当程序调用方法名以alloc、new、copy、mutableCopy开头的方法来创建对象时，该对象的引用计数加1。
   - 程序调用对象的retain方法时，该对象的引用计数加1。
   - 程序调用对象的release方法时，该对象的引用计数减1。
  

• NSObject 中提供了有关引用计数的如下方法：
  - retain：将该对象的引用计数器加1。
  - release：将该对象的引用计数器减1。
  - autorelease：不改变该对象的引用计数器的值，只是将对象添加到自动释放池中。
  - retainCount：返回该对象的引用计数的值。

  引用计数这种管理内存的方式虽然很简单，但是有一个比较大的瑕疵，即它不能很好的解决循环引用问题。如下图所示：对象 A 和对象 B，相互引用了对方作为自己的成员变量，只有当自己销毁时，才会将成员变量的引用计数减 1。因为对象 A 的销毁依赖于对象 B 销毁，而对象 B 的销毁与依赖于对象 A 的销毁，这样就造成了我们称之为循环引用（Reference Cycle）的问题，这两个对象即使在外界已经没有任何指针能够访问到它们了，它们也无法被释放。

  主动断开循环引用, 我明确知道这里会存在循环引用，在合理的位置主动断开环中的一个引用，使得对象得以回收

  使用弱引用, 弱引用虽然持有对象，但是并不增加引用计数，这样就避免了循环引用的产生

  系统对于每一个有弱引用的对象，都维护一个表来记录它所有的弱引用的指针地址。这样，当一个对象的引用计数为 0 时，系统就通过这张表，找到所有的弱引用指针，继而把它们都置成 nil。 相当于主动断开循环引用

ARC自动管理计数

所有权修饰符

Objective-C编程中为了处理对象，可将变量类型定义为id类型或各种对象类型。 ARC中，id类型和对象类其类型必须附加所有权修饰符。

__strong修饰符

__weak修饰符

__unsafe_unretained修饰符

__autoreleasing修饰符

• __strong修饰符

  __strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符。也就是说，不写修饰符的话，默认对象前面被附加了__strong所有权修饰符。

  __strong修饰符的变量obj在超出其变量作用域时，即在该变量被废弃时，会释放其被赋予的对象。

  __strong修饰符表示对对象的“强引用”。持有强引用的变量在超出其作用域时被废弃，随着强引用的失效，引用的对象会随之释放。

• __weak修饰符

  通过__strong修饰符并不能完美的进行内存管理，这里会发生“循环引用”的问题。使用__weak修饰符还有另外一个优点。在持有某对象的弱引用时，若该对象被废弃，则此弱引用将自动失效且处于nil赋值的状态(空弱引用)。

• __unsafe_unretained修饰符

  __unsafe_unretained修饰符是不安全的修饰符，尽管ARC式的内存管理是编译器的工作，但附有

  __unsafe_unretained修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象。

  __unsafe_unretained和
  __weak一样不能持有对象。

• __autoreleasing修饰符

ARC规则

在ARC有效的情况下编译源代码，必须遵守一定的规则。

• 不能使用retain/release/retainCount/autorelease
• 不要显式调用dealloc
• 须遵守内存管理的方法命名规则. 符合命名规则

ARC内存的泄露和检测