Android C++层的内存回收机制

1关于C++ Layer的内存回收机制

Android C++层的内存收回主要是通过三个类来实现，分别是RefBase，sp，wp;

SP和WP是两个智能指针模板类，sp是strong pointer，wp则是weak pointer，亦我们常说的强引用和弱引用；实例化sp和wp这两个模板类的类型必须是派生自RefBase的类

1.1  RefBase类

因为这个类拥有对内存回收机制的默认实现，所以android上想要支持内存回收机制的类必须派生自RefBase

下面简单介绍下成员变量和成员函数：

mRefs:

weakref_impl对象，派生于RefBase::weakref_type, 包含了对strong ref和weak ref的具体实现，也就是说RefBase中只包含了一些对外的标准操作，具体的实现在weakref_impl内

void incStrong（const void *id）：

强引用计数加1，参数id主要用在debug时跟踪调试，一般都为sp或者wp的对象指针

void decStrong(const void *id):

强引用计数减1，参数id含义同上

void forceIncStrong(const void *id):

强制引用计数加1

Int32_t getStrongCount():

获去强引用计数值

weakref_type * createWeak(const void *id)

弱引用计数加1，然后返回weakref_impl对象

weakref_type* getWeakRefs()

获取weakref_impl对象

void extendObjectLifetime(int32_t mode):

扩展对象的生命期,默认为0，可设置为

OBJECT_LIFETIME_WEAK   = 0x0001,

OBJECT_LIFETIME_FOREVER = 0x0003

这几个参数的作用在下面会详细描述

virtual void onFirstRef()

虚函数，在第一次新增引用计数时，会调用此函数，接下去的其他函数都类似

 

上面也有提到了，RefBase有一个内部基类weakref_type，

它主要包含了对弱引用计数的基本操作，

void incWeak(const void*id):

弱引用计数加1,id参数的意义同上

void decWeak(const void *id):

弱引用计数减1,id同上

bool attemptIncStrong(const void *id):

尝试增加强引用计数，这个函数会在wp promote获取sp时被调用，主要确认wp promote为sp是否成功

bool attemptIncWeak(const void *id):

尝试增加弱引用计数，这个功能只在object lifetime设置为OBJECT_LIFETIME_FOREVER有效

Int32_t getWeakCount():

获取弱引用计数值

 

在RefBase中，可以通过extendObjectLifetime来设置lifetime，有三种life time：

1:default(0)，强引用和弱引用的默认行为，不管弱应用计数的值为多少，只要强引用计数的值为0，就释放对象

2：OBJECT_LIFETIME_WEAK，在这种状态下，如果强引用为0时，对象不会被释放，只有在弱引用计数为0的情况下，对象才会被释放

3：OBJECT_LIFETIME_WEAK | OBJECT_LIFETIME_FOREVER，在这种状态下，对象永不会释放

 

第三种情况比较猛，设置了，除非主动delete raw pointer，否则在sp和wp的规则下，是不会被释放的，当然，promote也是永远都会成功的

 

在增加或者减少强引用计数的同时，弱引用计数也会被增加或减少，它们总是配对出现的，下面简单看下几个关键部分的代码：

//增加强引用计数

01 void RefBase::incStrong(const void* id) const
02
03 {
04
05 weakref_impl* const refs = mRefs;
06
07 //store the object which makes strong reference up, just for track & debug, it is an empty //function
08
09 refs->addWeakRef(id);
10
11 //increment weak reference
12
13     refs->incWeak(id);
14
15 //store the object which makes strong reference up, just for track & debug, if not in debug, it //is an empty function, nothing will be done.
16
17     refs->addStrongRef(id);
18
19     const int32_t c = android_atomic_inc(&refs->mStrong);
20
21     LOG_ASSERT(c > 0, "incStrong() called on %p after last strong ref", refs);
22
23 #if PRINT_REFS
24
25     LOGD("incStrong of %p from %p: cnt=%d\n", this, id, c);
26
27 #endif
28
29     if (c != INITIAL_STRONG_VALUE)  {
30
31         return;
32
33 }
34
35
36
37 //if the previous value of mStrong equals INITIAL_STRONG_VALUE
38
39 //first for increment strong reference
40
41 android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &refs->mStrong);
42
43 //notify first reference done
44
45     const_cast<RefBase*>(this)->onFirstRef();
46
47 }

 

//增加弱引用计数

01 void RefBase::weakref_type::incWeak(const void* id)
02
03 {
04
05 weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);
06
07 //如上面所写,保存id只为做debug用
08
09     impl->addWeakRef(id);
10
11     const int32_t c = android_atomic_inc(&impl->mWeak);
12
13     LOG_ASSERT(c >= 0, "incWeak called on %p after last weak ref", this);
14
15 }

 

接下是两个减少引用计数的函数，因为这两个函数涉及到对象的销毁，所以讲的详细点

//减少强引用计数

01 void RefBase::decStrong(const void* id) const
02
03 {
04
05     weakref_impl* const refs = mRefs;
06
07     refs->removeStrongRef(id);
08
09     const int32_t c = android_atomic_dec(&refs->mStrong);
10
11 #if PRINT_REFS
12
13     LOGD("decStrong of %p from %p: cnt=%d\n", this, id, c);
14
15 #endif
16
17 LOG_ASSERT(c >= 1, "decStrong() called on %p too many times", refs);
18
19 //强引用减完后为零，尝试销毁对象
20
21     if (c == 1) {
22
23         const_cast<RefBase*>(this)->onLastStrongRef(id);
24
25         //如果未标明OBJECT_LIFETIME_WEAK，也就是默认的life time，销毁对象
26
27         if ((refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {
28
29             delete this;
30
31         }
32
33     }
34
35     refs->removeWeakRef(id);
36
37     refs->decWeak(id);
38
39 }

 

//减少弱引用计数

01 void RefBase::weakref_type::decWeak(const void* id)
02
03 {
04
05     weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);
06
07     impl->removeWeakRef(id);
08
09     const int32_t c = android_atomic_dec(&impl->mWeak);
10
11     LOG_ASSERT(c >= 1, "decWeak called on %p too many times", this);
12
13     if (c != 1) return;
14
15     //c == 1,弱引用为0，开尝试释放对象
16
17 if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {
18
19     //默认life time ,并且对象强引用计数为默认初始值(无强引用计数)，释放对象
20
21         if (impl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE)
22
23             delete impl->mBase;
24
25         else {
26
27 //LOGV("Freeing refs %p of old RefBase %p\n", this, impl->mBase) ;
28
29     //反之释放内部引用管理类
30
31             delete impl;
32
33         }
34
35 } else {
36
37   //OBJECT_LIFETIME_WEAK，并且life time不包含OBJECT_LIFETIME_FOREVER，释放对象
38
39         impl->mBase->onLastWeakRef(id);
40
41         if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_FOREVER) != OBJECT_LIFETIME_FOREVER) {
42
43             delete impl->mBase;
44
45         }
46
47     }
48
49 }

 

如果对上面一会释放imple->mBase,一会释放weakref_impl有疑问，继续看RefBase的析构函数:

01 RefBase::~RefBase()
02
03 {
04
05     if (mRefs->mWeak == 0) {
06
07         delete mRefs;
08
09     }
10
11 }

RefBase被销毁时，只有当弱引用计数为0时，才会释放weakref_imp对象，上面decWeak中第一和第三个delete，直接释放impl->mBase，肯定没问题，因为这时候弱引用计数已经为0，weakref_imp对象在析构中正常被释放

 

再看第二个delete，在默认life time下，如果RefBase通过sp建立了强引用，在强引用为0的情况下在执行RefBase::decStrong中的以下代码，

if ((refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {

     delete this;

}

RefBase对象肯定会被释放，在释放时调用析构时，由于mRefs->mWeak == 0不成立，内部weaktype_imp对象不会被释放，所以这里需要delete impl以释放内部引用管理对象

1.2  创建sp和wp对象

创建sp：

    sp(T* other)：直接使用Raw pointer来创建sp对象

sp(const sp<T>& other)：从已有的sp对象拷贝构造

创建wp：

    wp(T* other)：直接使用raw pointer来创建wp对象

    wp(const wp<T>& other)：从已有的wp对象拷贝

wp(const sp<T>& other)：从已有的sp对象拷贝

1.3  关于promote

如果想通过已有的wp对象获取对应的内建对象，需要调用promote来尝试提升为sp，然后通过sp来判断promote是否成功，如果成功，说明内建对象还存在，可以继续使用，反之，需要创建新的内建对象

 

下面来详细查看下promote做了哪些操作：

01 template<typename T>
02
03 sp<T> wp<T>::promote() const
04
05 {
06
07     //使用wp内的raw pointer和引用管理类来创建sp
08
09     return sp<T>(m_ptr, m_refs);
10
11 }
12
13
14
15 template<typename T>
16
17 sp<T>::sp(T* p, weakref_type* refs)
18
19     : m_ptr((p && refs->attemptIncStrong(this)) ? p : 0)
20
21 {
22
23 }

调用引用管理类的函数attemptIncStrong来尝试增加强引用计数，如成功，说明raw pointer保存的对象还未被释放，可以继续使用，反之，返回false，promote失败

接下去详细看下attemptIncStrong的实现：

bool RefBase::weakref_type::attemptIncStrong(const void* id)

{

    incWeak(id);

    weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);

   

    int32_t curCount = impl->mStrong;

    LOG_ASSERT(curCount >= 0, "attemptIncStrong called on %p after underflow",

               this);

    //如果强引用计数不为初始值并且大于0，说明对象还活着，赶紧将引用计数+1

    while (curCount > 0 && curCount != INITIAL_STRONG_VALUE) {

        if (android_atomic_cmpxchg(curCount, curCount+1, &impl->mStrong) == 0) {

            break;

        }

        curCount = impl->mStrong;

    }

//如果强引用计数<=0或者初始值，就代表对象已经被释放了吗?

//不一定

    if (curCount <= 0 || curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {

        bool allow;

        if (curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {

            // attempting to acquire first strong reference...  this is allowed

            // if the object does NOT have a longer lifetime (meaning the

            // implementation doesn't need to see this), or if the implementation

            // allows it to happen.

            /*curCount为初始值，说明sp未被创建，从一开始都是wp独自掌管,这种情况下，对象肯定存在，剩下就是根据程序需要，让不让它promote成功

            根据以下代码，有两种情况：

            1：生命期不为OBJECT_LIFETIME_WEAK，这时第一判断为true，onIncStrongAttempted结果忽略，allow为true

            2：生命期为OBJECT_LIFETIME_WEAK时，这时就要看onIncStrongAttempted的结果了，默认该函数返回都为true，也就是说，程序的默认行为，allow都为true；当然你也可以在自己的类中

根据需要修改onIncStrongAttempted的默认行为来控制是否允许在这种情况下让其promote成功*/

            allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK

                  || impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);

        } else {

            // Attempting to revive the object...  this is allowed

            // if the object DOES have a longer lifetime (so we can safely

            // call the object with only a weak ref) and the implementation

            allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) == OBJECT_LIFETIME_WEAK

                  && impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);

        }

        //不允许, promote失败

        if (!allow) {

            decWeak(id);

            return false;

        }

        curCount = android_atomic_inc(&impl->mStrong);

 

        // If the strong reference count has already been incremented by

        // someone else, the implementor of onIncStrongAttempted() is holding

        // an unneeded reference.  So call onLastStrongRef() here to remove it.

        // (No, this is not pretty.)  Note that we MUST NOT do this if we

        // are in fact acquiring the first reference.

        if (curCount > 0 && curCount < INITIAL_STRONG_VALUE) {

            impl->mBase->onLastStrongRef(id);

        }

    }

   

    impl->addWeakRef(id);

    impl->addStrongRef(id);

 

#if PRINT_REFS

    LOGD("attemptIncStrong of %p from %p: cnt=%d\n", this, id, curCount);

#endif

 

    if (curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {

        android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &impl->mStrong);

        impl->mBase->onFirstRef();

    }

   

    return true;

}

 

attemptIncStrong成功，promote成功，继续使用已有的Refbase对象实例，如果失败了，则需重新创建新的对象。

 

1.4  用处

在android中，在实现基于RefBase的类中，大部分都使用默认的生命期，只有BpBinder会调用 extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK)来更改默认生命期；针对默认生命期，其用处和java的强引用和 弱引用类似。