1. 内存管理原则(引用计数)
IOS的对象都继承于NSObject, 该对象有一个方法:retainCount ,内存引用计数。 引用计数在很多技术都用到: window下的COM组件,多线程的信号量,读写锁,思想都一样。
(一般情况下: 后面会讨论例外情况)
alloc 对象分配后引用计数为1
retain 对象的引用计数+1
copy copy 一个对象变成新的对象(新内存地址) 引用计数为1 原来对象计数不变
release 对象引用计数-1 如果为0释放内存
autorelease 对象引用计数-1 如果为0不马上释放,最近一个个pool时释放
NSLog(@"sMessage retainCount:%u",[sMessage retainCount]);
[sMessage retain]; //2
NSLog(@"sMessage retainCount:%u",[sMessage retainCount]);
内存管理的原则就是最终的引用计数要平衡,
如果最后引用计数大于0 则会内存泄露
如果引用 计数等于0还对该对象进行操作,则会出现内存访问失败,crash 所以尽量设置为nil
这两个问题都很严重,所以请一定注意内存释放和不用过后设置为nil
@property atomic与nonatomic,assign,copy与retain的定义和区别
atomic和nonatomic用来决定编译器生成的getter和setter是否为原子操作。
atomic
设置成员变量的@property属性时,默认为atomic,提供多线程安全。
在多线程环境下,原子操作是必要的,否则有可能引起错误的结果。加了atomic,setter函数会变成下面这样:nonatomic
禁止多线程,变量保护,提高性能。atomic是Objc使用的一种线程保护技术,基本上来讲,是防止在写未完成的时候被另外一个线程读取,造成数据错误。而这种机制是耗费系统资源的,所以在iPhone这种小型设备上,如果没有使用多线程间的通讯编程,那么nonatomic是一个非常好的选择。
指出访问器不是原子操作,而默认地,访问器是原子操作。这也就是说,在多线程环境下,解析的访问器提供一个对属性的安全访问,从获取器得到的返回值或者通过设置器设置的值可以一次完成,即便是别的线程也正在对其进行访问。如果你不指定 nonatomic ,在自己管理内存的环境中,解析的访问器保留并自动释放返回的值,如果指定了 nonatomic ,那么访问器只是简单地返回这个值。
assign
对基础数据类型 (NSInteger,CGFloat)和C数据类型(int, float, double, char)等等。
此标记说明设置器直接进行赋值,这也是默认值。在使用垃圾收集的应用程序中,如果你要一个属性使用assign,且这个类符合NSCopying协 议,你就要明确指出这个标记,而不是简单地使用默认值,否则的话,你将得到一个编译警告。这再次向编译器说明你确实需要赋值,即使它是 可拷贝的。
retain
对其他NSObject和其子类对参数进行release旧值,再retain新值
指定retain会在赋值时唤醒传入值的retain消息。此属性只能用于Objective-C对象类型,而不能用于Core Foundation对象。(原因很明显,retain会增加对象的引用计数,而基本数据类型或者Core Foundation对象都没有引用计数——译者注)。
注意: 把对象添加到数组中时,引用计数将增加对象的引用次数+1。
copy
对NSString 它指出,在赋值时使用传入值的一份拷贝。拷贝工作由copy方法执行,此属性只对那些实行了NSCopying协议的对象类型有效。更深入的讨论,请参考“复制”部分。
copy与retain:
Copy其实是建立了一个相同的对象,而retain不是:
1.比如一个NSString 对象,地址为0×1111 ,内容为@”STR”,Copy 到另外一个NSString 之后,地址为0×2222 ,内容相同。
2.新的对象retain为1 ,旧有对象没有变化retain 到另外一个NSString 之后,地址相同(建立一个指针,指针拷贝),内容当然相同,这个对象的retain值+1。
总结:retain 是指针拷贝,copy 是内容拷贝。
assign与retain:
1. 接触过C,那么假设你用malloc分配了一块内存,并且把它的地址赋值给了指针a,后来你希望指针b也共享这块内存,于是你又把a赋值给(assign)了b。此时a和b指向同一块内存,请问当a不再需要这块内存,能否直接释放它?答案是否定的,因为a并不知道b是否还在使用这块内存,如果a释放了,那么b在使用这块内存的时候会引起程序crash掉。
2. 了解到1中assign的问题,那么如何解决?最简单的一个方法就是使用引用计数(reference counting),还是上面的那个例子,我们给那块内存设一个引用计数,当内存被分配并且赋值给a时,引用计数是1。当把a赋值给b时引用计数增加到2。这时如果a不再使用这块内存,它只需要把引用计数减1,表明自己不再拥有这块内存。b不再使用这块内存时也把引用计数减1。当引用计数变为0的时候,代表该内存不再被任何指针所引用,系统可以把它直接释放掉。
总结:上面两点其实就是assign和retain的区别,assign就是直接赋值,从而可能引起1中的问题,当数据为int, float等原生类型时,可以使用assign。retain就如2中所述,使用了引用计数,retain引起引用计数加1, release引起引用计数减1,当引用计数为0时,dealloc函数被调用,内存被回收。
weak和strong两个修饰符是ARC新引进的,使用例子如下:
// 下面的作用和: @property(retain) MyClass *myObject;相同 @property(strong) MyClass *myObject; // 下面的作用和"@property(assign) MyClass *myObject;"相似 // 不同的地方在于,如果MyClass的实例析构后,这个属性变量的值变成nil,而不是一个野指针, @property(weak) MyClass *myObject;2. autoReleasePool
int main(int argc, char *argv[]) { NSAutoreleasePool * pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; int retVal = UIApplicationMain(argc, argv, nil, nil); [pool release]; return retVal; }很明显C语言的main 函数:
// assign -(void)setTestObject :(id)newValue{ testObject= newValue; } // retain -(void)setTestObject :(id)newValue{ if (testObject!= newValue) { [testObject release]; testObject= [newValue retain]; } } // copy -(void)setTestObject :(id)newValue{ if (testObject != newValue) { [testObject release]; testObject = [newValue copy]; } }asssign 相于于指针赋值,不对引用计数进行操作,注意原对象不用了,一定要把这个设置为nil
NSObject *sMessage = [[NSObjectalloc]init]; //1 [sMessagerelease]; //1 NSLog(@"sMessage retainCount:%u",[sMessage retainCount]); [sMessagerelease]; //0 //not crash (retainCount also can call) //crash (can not call) [sMessagerelease]; @property (nonatomic, retain) TestObject testObject*; //为testObject成员变量生成属性方法 @end
iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析
前言
初学objectice-C的朋友都有一个困惑,总觉得对objective-C的内存管理机制琢磨不透,程序经常内存泄漏或莫名其妙的崩溃。我在这里总结了自己对objective-C内存管理机制的研究成果和经验,写了这么一个由浅入深的教程。希望对大家有所帮助,也欢迎大家一起探讨。
此文涉及的内存管理是针对于继承于NSObject的Class。
一 基本原理
Objective-C的内存管理机制与.Net/Java那种全自动的垃圾回收机制是不同的,它本质上还是C语言中的手动管理方式,只不过稍微加了一些自动方法。
1 Objective-C的对象生成于堆之上,生成之后,需要一个指针来指向它。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
2 Objective-C的对象在使用完成之后不会自动销毁,需要执行dealloc来释放空间(销毁),否则内存泄露。
[obj1 dealloc];
这带来了一个问题。下面代码中obj2是否需要调用dealloc?
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
ClassA *obj2 = obj1;
[obj1 hello]; //输出hello
[obj1 dealloc];
[obj2 hello]; //能够执行这一行和下一行吗?
[obj2 dealloc];
不能,因为obj1和obj2只是指针,它们指向同一个对象,[obj1 dealloc]已经销毁这个对象了,不能再调用[obj2 hello]和[obj2 dealloc]。obj2实际上是个无效指针。
如何避免无效指针?请看下一条。
3 Objective-C采用了引用计数(ref count或者retain count)。对象的内部保存一个数字,表示被引用的次数。例如,某个对象被两个指针所指向(引用)那么它的retain count为2。需要销毁对象的时候,不直接调用dealloc,而是调用release。release会让retain count减1,只有retain count等于0,系统才会调用dealloc真正销毁这个对象。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //对象生成时,retain count = 1
[obj1 release]; //release使retain count减1,retain count = 0,dealloc自动被调用,对象被销毁
我们回头看看刚刚那个无效指针的问题,把dealloc改成release解决了吗?
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj1 hello]; //输出hello
[obj1 release]; //retain count = 0,对象被销毁
[obj2 hello];
[obj2 release];
[obj1 release]之后,obj2依然是个无效指针。问题依然没有解决。解决方法见下一条。
4 Objective-C指针赋值时,retain count不会自动增加,需要手动retain。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //输出hello
[obj1 release]; //retain count = 2 – 1 = 1
[obj2 hello]; //输出hello
[obj2 release]; //retain count = 0,对象被销毁
问题解决!注意,如果没有调用[obj2 release],这个对象的retain count始终为1,不会被销毁,内存泄露。(1-4可以参考附件中的示例程序memman-no-pool.m)
这样的确不会内存泄露,但似乎有点麻烦,有没有简单点的方法?见下一条。
5 Objective-C中引入了autorelease pool(自动释放对象池),在遵守一些规则的情况下,可以自动释放对象。(autorelease pool依然不是.Net/Java那种全自动的垃圾回收机制)
5.1 新生成的对象,只要调用autorelease就行了,无需再调用release!
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1 但无需调用release
5.2 对于存在指针赋值的情况,代码与前面类似。
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //输出hello
//对于obj1,无需调用(实际上不能调用)release
[obj2 hello]; //输出hello
[obj2 release]; //retain count = 2-1 = 1
细心的读者肯定能发现这个对象没有被销毁,何时销毁呢?谁去销毁它?(可以参考附件中的示例程序memman-with-pool.m)请看下一条。
6 autorelease pool原理剖析。(其实很简单的,一定要坚持看下去,否则还是不能理解Objective-C的内存管理机制。)
6.1 autorelease pool不是天生的,需要手动创立。只不过在新建一个iphone项目时,xcode会自动帮你写好。autorelease pool的真名是NSAutoreleasePool。
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
6.2 NSAutoreleasePool内部包含一个数组(NSMutableArray),用来保存声明为autorelease的所有对象。如果一个对象声明为autorelease,系统所做的工作就是把这个对象加入到这个数组中去。
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1,把此对象加入autorelease pool中
6.3 NSAutoreleasePool自身在销毁的时候,会遍历一遍这个数组,release数组中的每个成员。如果此时数组中成员的retain count为1,那么release之后,retain count为0,对象正式被销毁。如果此时数组中成员的retain count大于1,那么release之后,retain count大于0,此对象依然没有被销毁,内存泄露。
6.4 默认只有一个autorelease pool,通常类似于下面这个例子。
int main (int argc, const char *argv[]) { NSAutoreleasePool *pool; pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; // do something [pool release]; return (0); } // main
所有标记为autorelease的对象都只有在这个pool销毁时才被销毁。如果你有大量的对象标记为autorelease,这显然不能很好的利用内存,在iphone这种内存受限的程序中是很容易造成内存不足的。例如:
int main (int argc, const char *argv[]) { NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; int i, j; for (i = 0; i < 100; i++ ) { for (j = 0; j < 100000; j++ ) [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。 } [pool release]; return (0); } // main
(可以参考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m,运行时通过监控工具可以发现使用的内存在急剧增加,直到pool销毁时才被释放)你需要考虑下一条。
7 Objective-C程序中可以嵌套创建多个autorelease pool。在需要大量创建局部变量的时候,可以创建内嵌的autorelease pool来及时释放内存。(感谢网友hhyytt和neogui的提醒,某些情况下,系统会自动创建autorelease pool, 请参见第四章)
int main (int argc, const char *argv[]) { NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; int i, j; for (i = 0; i < 100; i++ ) { NSAutoreleasePool *loopPool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; for (j = 0; j < 100000; j++ ) [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。 [loopPool release]; } [pool release]; return (0); } // main
二 口诀与范式
1 口诀。
1.1 谁创建,谁释放(类似于“谁污染,谁治理”)。如果你通过alloc、new或copy来创建一个对象,那么你必须调用release或autorelease。换句话说,不是你创建的,就不用你去释放。
例如,你在一个函数中alloc生成了一个对象,且这个对象只在这个函数中被使用,那么你必须在这个函数中调用release或autorelease。如果你在一个class的某个方法中alloc一个成员对象,且没有调用autorelease,那么你需要在这个类的dealloc方法中调用release;如果调用了autorelease,那么在dealloc方法中什么都不需要做。
1.2 除了alloc、new或copy之外的方法创建的对象都被声明了autorelease。
1.3 谁retain,谁release。只要你调用了retain,无论这个对象是如何生成的,你都要调用release。有时候你的代码中明明没有retain,可是系统会在默认实现中加入retain。不知道为什么苹果公司的文档没有强调这个非常重要的一点,请参考范式2.7和第三章。
2 范式。
范式就是模板,就是依葫芦画瓢。由于不同人有不同的理解和习惯,我总结的范式不一定适合所有人,但我能保证照着这样做不会出问题。
2.1 创建一个对象。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
2.2 创建一个autorelease的对象。
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease];
2.3 Release一个对象后,立即把指针清空。(顺便说一句,release一个空指针是合法的,但不会发生任何事情)
[obj1 release];
obj1 = nil;
2.4 指针赋值给另一个指针。
ClassA *obj2 = obj1;
[obj2 retain];
//do something
[obj2 release];
obj2 = nil;
2.5 在一个函数中创建并返回对象,需要把这个对象设置为autorelease
ClassA *Func1()
{
ClassA *obj = [[[ClassA alloc]init]autorelease];
return obj;
}
2.6 在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法
-(void) dealloc
{
…
[super dealloc];
}
2.7 在一个class中创建和使用property。
2.7.1 声明一个成员变量。
ClassB *objB;
2.7.2 声明property,加上retain参数。
@property (retain) ClassB* objB;
2.7.3 定义property。(property的默认实现请看第三章)
@synthesize objB;
2.7.4 除了dealloc方法以外,始终用.操作符的方式来调用property。
self.objB 或者objA.objB
2.7.5 在dealloc方法中release这个成员变量。
[objB release];
示例代码如下(详细代码请参考附件中的memman-property.m,你需要特别留意对象是在何时被销毁的。):
@interface ClassA : NSObject { ClassB* objB; } @property (retain) ClassB* objB; @end @implementation ClassA @synthesize objB; -(void) dealloc { [objB release]; [super dealloc]; } @end
2.7.6 给这个property赋值时,有手动release和autorelease两种方式。
void funcNoAutorelease() { ClassB *objB1 = [[ClassB alloc]init]; ClassA *objA = [[ClassA alloc]init]; objA.objB = objB1; [objB1 release]; [objA release]; } void funcAutorelease() { ClassB *objB1 = [[[ClassB alloc]init] autorelease]; ClassA *objA = [[[ClassA alloc]init] autorelease]; objA.objB = objB1; }
三 @property (retain)和@synthesize的默认实现
在这里解释一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesize objB;背后到底发生了什么(retain property的默认实现)。property实际上是getter和setter,针对有retain参数的property,背后的实现如下(请参考附件中的memman-getter-setter.m,你会发现,结果和memman-property.m一样):
@interface ClassA : NSObject { ClassB *objB; } -(ClassB *) getObjB; -(void) setObjB:(ClassB *) value; @end @implementation ClassA -(ClassB*) getObjB { return objB; } -(void) setObjB:(ClassB*) value { if (objB != value) { [objB release]; objB = [value retain]; } }
在setObjB中,如果新设定的值和原值不同的话,必须要把原值对象release一次,这样才能保证retain count是正确的。
由于我们在class内部retain了一次(虽然是默认实现的),所以我们要在dealloc方法中release这个成员变量。
-(void) dealloc { [objB release]; [super dealloc]; }
四 系统自动创建新的autorelease pool
在生成新的Run Loop的时候,系统会自动创建新的autorelease pool(非常感谢网友hhyytt和neogui的提醒)。注意,此处不同于xcode在新建项目时自动生成的代码中加入的autorelease pool,xcode生成的代码可以被删除,但系统自动创建的新的autorelease pool是无法删除的(对于无Garbage Collection的环境来说)。Objective-C没有给出实现代码,官方文档也没有说明,但我们可以通过小程序来证明。
在这个小程序中,我们先生成了一个autorelease pool,然后生成一个autorelease的ClassA的实例,再在一个新的run loop中生成一个autorelease的ClassB的对象(注意,我们并没有手动在新run loop中生成autorelease pool)。
int main(int argc, char**argv) { NSLog(@"create an autorelasePool\n"); NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; NSLog(@"create an instance of ClassA and autorelease\n"); ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; NSDate *now = [[NSDate alloc] init]; NSTimer *timer = [[NSTimer alloc] initWithFireDate:now interval:0.0 target:obj1 selector:@selector(createClassB) userInfo:nil repeats:NO]; NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop]; [runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode]; [timer release]; [now release]; [runLoop run]; //在新loop中调用一函数,生成ClassB的autorelease实例 NSLog(@"releasing autorelasePool\n"); [pool release]; NSLog(@"autorelasePool is released\n"); return 0; }
输出如下:
create an autorelasePool
create an instance of ClassA and autorelease
create an instance of ClassB and autorelease
ClassB destroyed
releasing autorelasePool
ClassA destroyed
autorelasePool is released
注意在我们销毁autorelease pool之前,ClassB的autorelease实例就已经被销毁了。
有人可能会说,这并不能说明新的run loop自动生成了一个新的autorelease pool,说不定还只是用了老的autorelease pool,只不过后来drain了一次而已。我们可以在main函数中不生成autorelease pool。精简的示例代码如下,详细代码请见附件中的memman-run-loop-without-pool.m。
int main(int argc, char**argv) { NSLog(@"No autorelasePool created\n"); NSLog(@"create an instance of ClassA\n"); ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; NSDate *now = [[NSDate alloc] init]; NSTimer *timer = [[NSTimer alloc] initWithFireDate:now interval:0.0 target:obj1 selector:@selector(createClassB) userInfo:nil repeats:NO]; NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop]; [runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode]; [timer release]; [now release]; [runLoop run]; //在新loop中调用一函数,生成ClassB的autorelease实例 NSLog(@"Manually release the instance of ClassA\n"); [obj1 release]; return 0; }
输出如下:
No autorelasePool created
create an instance of ClassA
create an instance of ClassB and autorelease
ClassB destroyed
Manually release the instance of ClassA
ClassA destroyed
我们可以看出来,我们并没有创建任何autorelease pool,可是ClassB的实例依然被自动销毁了,这说明新的run loop自动创建了一个autorelease pool,这个pool在新的run loop结束的时候会销毁自己(并自动release所包含的对象)。
补充说明
在研究retain count的时候,我不建议用NSString。因为在下面的语句中,
NSString *str1 = @”constant string”;
str1的retain count是个很大的数字。Objective-C对常量字符串做了特殊处理。
当然,如果你这样创建NSString,得到的retain count依然为1
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@”123”];
涉及的示例程序代码:http://files.cnblogs.com/VinceYuan/objective-c-memman.zip