Android中通过引用计数来实现智能指针,并且实现有强指针与弱指针。由对象本身来提供引用计数器,但是对象不会去维护引用计数器的值,而是由智能指针来管理。
要达到所有对象都可用引用计数器实现智能指针管理的目标,可以定义一个公共类,提供引用计数的方法,所有对象都去继承这个公共类,这样就可以实现所有对象都可以用引用计数来管理的目标,在Android中,这个公共类就是RefBase,同时还有一个简单版本LightRefBase。
RefBase作为公共基类提供了引用计数的方法,但是并不去维护引用计数的值,而是由两个智能指针来进行管理:sp(Strong Pointer)和wp(Weak Pointer),代表强引用计数和弱引用计数。
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template
<
class
T>
class
LightRefBase
{
public
:
inline
LightRefBase() : mCount(0) { }
inline
void
incStrong(
const
void
* id)
const
{
android_atomic_inc(&mCount);
}
inline
void
decStrong(
const
void
* id)
const
{
if
(android_atomic_dec(&mCount) == 1) {
delete
static_cast
<
const
T*>(
this
);
}
}
//! DEBUGGING ONLY: Get current strong ref count.
inline
int32_t getStrongCount()
const
{
return
mCount;
}
typedef
LightRefBase<T> basetype;
protected
:
inline
~LightRefBase() { }
private
:
mutable
volatile
int32_t mCount;
};
|
LightRefBase的实现很简单,只是内部保存了一个变量用于保存对象被引用的次数,并提供了两个函数用于增加或减少引用计数。
LightRefBase仅仅提供了引用计数的方法,具体引用数应该怎么管理,就要通过智能指针类来管理了,每当有一个智能指针指向对象时,对象的引用计数要加1,当一个智能指针取消指向对象时,对象的引用计数要减1,在C++中,当一个对象生成和销毁时会自动调用(拷贝)构造函数和析构函数,所以,对对象引用数的管理就可以放到智能指针的(拷贝)构造函数和析构函数中。Android提供了一个智能指针可以配合LightRefBase使用:sp,sp的定义如下:
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template
<
typename
T>
class
sp
{
public
:
inline
sp() : m_ptr(0) { }
sp(T* other);
sp(
const
sp<T>& other);
template
<
typename
U> sp(U* other);
template
<
typename
U> sp(
const
sp<U>& other);
~sp();
// Assignment
sp& operator = (T* other);
sp& operator = (
const
sp<T>& other);
template
<
typename
U> sp& operator = (
const
sp<U>& other);
template
<
typename
U> sp& operator = (U* other);
//! Special optimization for use by ProcessState (and nobody else).
void
force_set(T* other);
// Reset
void
clear();
// Accessors
inline
T& operator* ()
const
{
return
*m_ptr; }
inline
T* operator-> ()
const
{
return
m_ptr; }
inline
T* get()
const
{
return
m_ptr; }
// Operators
COMPARE(==)
COMPARE(!=)
COMPARE(>)
COMPARE(<)
COMPARE(<=)
COMPARE(>=)
private
:
template
<
typename
Y>
friend
class
sp;
template
<
typename
Y>
friend
class
wp;
void
set_pointer(T* ptr);
T* m_ptr;
};
|
代码比较多,其中Accessors部分代码重载了*、->操作符使我们使用sp的时候就像使用真实的对象指针一样,可以直接操作对象的属性或方法,COMPARE是宏定义,用于重载关系操作符,由于对引用计数的控制主要是由(拷贝)构造函数和析构函数控制,所以忽略其他相关代码后,sp可以精简为如下形式(赋值操作符也省略掉了,构造函数省略相似的两个):
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template
<
typename
T>
class
sp
{
public
:
inline
sp() : m_ptr(0) { }
sp(T* other);
sp(
const
sp<T>& other);
~sp();
private
:
template
<
typename
Y>
friend
class
sp;
template
<
typename
Y>
friend
class
wp;
void
set_pointer(T* ptr);
T* m_ptr;
};
|
默认构造函数使智能指针不指向任何对象,sp(T* other)与sp(
const
sp<T>& other)
的实现如下:
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template
<
typename
T>
sp<T>::sp(T* other)
: m_ptr(other)
{
if
(other) other->incStrong(
this
);
}
template
<
typename
T>
sp<T>::sp(
const
sp<T>& other)
: m_ptr(other.m_ptr)
{
if
(m_ptr) m_ptr->incStrong(
this
);
}
|
内部变量m_ptr指向实际对象,并调用实际对象的incStrong函数,T继承自LightRefBase,所以此处调用的是LightRefBase的incStrong函数,之后实际对象的引用计数加1。
当智能指针销毁的时候调用智能指针的析构函数:
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|
template
<
typename
T>
sp<T>::~sp()
{
if
(m_ptr) m_ptr->decStrong(
this
);
}
|
调用实际对象即LightRefBase的decStrong函数,其实现如下:
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|
inline
void
decStrong(
const
void
* id)
const
{
if
(android_atomic_dec(&mCount) == 1) {
delete
static_cast
<
const
T*>(
this
);
}
}
|
android_atomic_dec返回mCount减1之前的值,如果返回1表示这次减过之后引用计数就是0了,就把对象delete掉。
RefBase提供了更强大的引用计数的管理。
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class
RefBase
{
public
:
void
incStrong(
const
void
* id)
const
;
void
decStrong(
const
void
* id)
const
;
void
forceIncStrong(
const
void
* id)
const
;
//! DEBUGGING ONLY: Get current strong ref count.
int32_t getStrongCount()
const
;
class
weakref_type
{
public
:
RefBase refBase()
const
;
void
incWeak(
const
void
* id);
void
decWeak(
const
void
* id);
// acquires a strong reference if there is already one.
bool
attemptIncStrong(
const
void
* id);
// acquires a weak reference if there is already one.
// This is not always safe. see ProcessState.cpp and BpBinder.cpp
// for proper use.
bool
attemptIncWeak(
const
void
* id);
//! DEBUGGING ONLY: Get current weak ref count.
int32_t getWeakCount()
const
;
//! DEBUGGING ONLY: Print references held on object.
void
printRefs()
const
;
//! DEBUGGING ONLY: Enable tracking for this object.
// enable -- enable/disable tracking
// retain -- when tracking is enable, if true, then we save a stack trace
// for each reference and dereference; when retain == false, we
// match up references and dereferences and keep only the
// outstanding ones.
void
trackMe(
bool
enable,
bool
retain);
};
weakref_type* createWeak(
const
void
* id)
const
;
weakref_type* getWeakRefs()
const
;
// DEBUGGING ONLY: Print references held on object.
inline
void
printRefs()
const
{ getWeakRefs()->printRefs(); }
// DEBUGGING ONLY: Enable tracking of object.
inline
void
trackMe(
bool
enable,
bool
retain)
{
getWeakRefs()->trackMe(enable, retain);
}
typedef
RefBase basetype;
protected
:
RefBase();
virtual
~RefBase();
//! Flags for extendObjectLifetime()
enum
{
OBJECT_LIFETIME_STRONG = 0x0000,
OBJECT_LIFETIME_WEAK = 0x0001,
OBJECT_LIFETIME_MASK = 0x0003
};
void
extendObjectLifetime(int32_t mode);
//! Flags for onIncStrongAttempted()
enum
{
FIRST_INC_STRONG = 0x0001
};
virtual
void
onFirstRef();
virtual
void
onLastStrongRef(
const
void
* id);
virtual
bool
onIncStrongAttempted(uint32_t flags,
const
void
* id);
virtual
void
onLastWeakRef(
const
void
* id);
private
:
friend
class
weakref_type;
class
weakref_impl;
RefBase(
const
RefBase& o);
RefBase& operator=(
const
RefBase& o);
weakref_impl*
const
mRefs;
};
|
不同于LightRefBase的是,RefBase内部并没有使用一个变量来维护引用计数,而是通过一个weakref_impl *类型的成员来维护引用计数,并且同时提供了强引用计数和弱引用计数。weakref_impl继承于RefBase::weakref_type,代码比较多,不过大都是调试代码,由宏定义分开,Release是不包含调试代码的,去除这些代码后其定义为:
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#define INITIAL_STRONG_VALUE (1<<28)
class
RefBase::weakref_impl :
public
RefBase::weakref_type
{
public
:
volatile
int32_t mStrong;
volatile
int32_t mWeak;
RefBase*
const
mBase;
volatile
int32_t mFlags;
weakref_impl(RefBase* base)
: mStrong(INITIAL_STRONG_VALUE)
, mWeak(0)
, mBase(base)
, mFlags(0)
{
}
void
addStrongRef(
const
void
*
/*id*/
) { }
void
removeStrongRef(
const
void
*
/*id*/
) { }
void
addWeakRef(
const
void
*
/*id*/
) { }
void
removeWeakRef(
const
void
*
/*id*/
) { }
void
printRefs()
const
{ }
void
trackMe(
bool
,
bool
) { }
};
|
weakref_impl中的函数都是作为调试用,Release版的实现都是空的,成员变量分别表示强引用数、弱引用数、指向实际对象的指针与flag,flag可控制实际对象的生命周期,取值为0或RefBase中定义的枚举值。
RefBase提供了incStrong与decStrong函数用于控制强引用计数值,其弱引用计数值是由weakref_impl控制,强引用计数与弱引用数都保存在weakref_impl *类型的成员变量mRefs中。
RefBase同LightRefBase一样为对象提供了引用计数的方法,对引用计数的管理同样要由智能指针控制,由于RefBase同时实现了强引用计数与弱引用计数,所以就有两种类型的智能指针,sp(Strong Pointer)与wp(Weak Pointer)。
sp前面已经说过,其(拷贝)构造函数调用对象即RefBase的incStrong函数。
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void
RefBase::incStrong(
const
void
* id)
const
{
weakref_impl*
const
refs = mRefs;
refs->incWeak(id);
refs->addStrongRef(id);
const
int32_t c = android_atomic_inc(&refs->mStrong);
LOG_ASSERT(c > 0,
"incStrong() called on %p after last strong ref"
, refs);
if
(c != INITIAL_STRONG_VALUE) {
return
;
}
android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &refs->mStrong);
refs->mBase->onFirstRef();
}
|
addStrong的函数体为空,incStrong函数内部首先调用成员变量mRefs的incWeak函数将弱引用数加1,然后再将强引用数加1,由于android_atomic_inc返回变量的旧值,所以如果其不等于INITIAL_STRONG_VALUE就直接返回,则则是第一次由强智能指针(sp)引用,将其减去INITIAL_STRONG_VALUE后变成1,然后调用对象的onFirstRef。
成员变量mRefs是在对象的构造函数中初始化的:
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|
RefBase::RefBase()
: mRefs(
new
weakref_impl(
this
))
{
}
|
weakrel_impl的incWeak继承自父类weakrel_type的incWeak:
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|
void
RefBase::weakref_type::incWeak(
const
void
* id)
{
weakref_impl*
const
impl =
static_cast
<weakref_impl*>
impl->addWeakRef(id);
const
int32_t c = android_atomic_inc(&impl->mWeak);
LOG_ASSERT(c >= 0,
"incWeak called on %p after last weak ref"
,
this
);
}
|
addWeakRef实现同样为空,所以只是将弱引用计数加1。所以当对象被sp引用后,强引用计数与弱引用计数会同时加1。
当sp销毁时其析构函数调用对象即RefBase的decStrong函数:
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void
RefBase::decStrong(
const
void
* id)
const
{
weakref_impl*
const
refs = mRefs;
refs->removeStrongRef(id);
const
int32_t c = android_atomic_dec(&refs->mStrong);
if
(c == 1) {
const_cast
<RefBase*>(
this
)->onLastStrongRef(id);
if
((refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {
delete
this
;
}
}
refs->removeWeakRef(id);
refs->decWeak(id);
}
|
decStrong中将强引用数与弱引用数同时减1,如果这是最后一个强引用的话,会调用对象的onLastStrongRef,并且判断成员变量mRefs的成员变量mFlags来决定是否在对象的强引用数为0时释放对象。
mFlags可以为0或以下两个枚举值:
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|
enum
{
OBJECT_LIFETIME_WEAK = 0x0001,
OBJECT_LIFETIME_FOREVER = 0x0003
};
|
mFlags的值可以通过extendObjectLifetime函数改变:
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|
void
RefBase::extendObjectLifetime(int32_t mode)
{
android_atomic_or(mode, &mRefs->mFlags);
}
|
OBJECT_LIFETIME_FOREVER包含OBJECT_LIFETIME_WEAK(位运算中其二进制11包含01),所以当
1
|
refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK
|
为true时表示mFlags为0,实际对象的生命周期受强引用数控制,所以在强引用数为0时delete this,否则实际对象的生命周期就由弱引用数控制。
再来看decWeak:
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|
void
RefBase::weakref_type::decWeak(
const
void
* id)
{
weakref_impl*
const
impl =
static_cast
<weakref_impl*>(
this
);
impl->removeWeakRef(id);
const
int32_t c = android_atomic_dec(&impl->mWeak);
if
(c != 1)
return
;
if
((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {
if
(impl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE)
delete
impl->mBase;
else
{
delete
impl;
}
}
else
{
impl->mBase->onLastWeakRef(id);
if
((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_FOREVER) != OBJECT_LIFETIME_FOREVER) {
delete
impl->mBase;
}
}
}
|
将弱引用数减1,若减1后不为0直接返回,否则判断
1
|
(impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK
|
判断结果为true:
实际对象生命周期被强引用数控制,接下来判断:
1
|
mpl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE
|
如果判断为true表示对象只被弱引用引用过,现在弱引用数为0,直接删除实际对象。
如果判断为false,表示对象曾经被强引用引用过,但现在强引用为变为0了(因为增加或减小强引用数时一定同时增加或减小弱引用数,所以弱引用数为0时,强引用数一定为0),弱引用数为0了,直接释放mRefs,而实际对象由于受强引用数控制,已经在RefBase::decStrong中被delete了。
判断结果为false:
判断mFlgs是否是OBJECT_LIFETIME_FOREVER,如果是,什么都不作由用户自己控制对象的生命周期,否则,实际对象的生命周期受弱引用数控制,现在弱引用数为0,delete实际对象。
定义如下:
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|
template
<
typename
T>
class
wp
{
public
:
typedef
typename
RefBase::weakref_type weakref_type;
inline
wp() : m_ptr(0) { }
wp(T* other);
wp(
const
wp<T>& other);
wp(
const
sp<T>& other);
template
<
typename
U> wp(U* other);
template
<
typename
U> wp(
const
sp<U>& other);
template
<
typename
U> wp(
const
wp<U>& other);
~wp();
// Assignment
wp& operator = (T* other);
wp& operator = (
const
wp<T>& other);
wp& operator = (
const
sp<T>& other);
template
<
typename
U> wp& operator = (U* other);
template
<
typename
U> wp& operator = (
const
wp<U>& other);
template
<
typename
U> wp& operator = (
const
sp<U>& other);
void
set_object_and_refs(T* other, weakref_type* refs);
// promotion to sp
sp<T> promote()
const
;
// Reset
void
clear();
// Accessors
inline
weakref_type* get_refs()
const
{
return
m_refs; }
inline
T* unsafe_get()
const
{
return
m_ptr; }
// Operators
COMPARE(==)
COMPARE(!=)
COMPARE(>)
COMPARE(<)
COMPARE(<=)
COMPARE(>=)
private
:
template
<
typename
Y>
friend
class
sp;
template
<
typename
Y>
friend
class
wp;
T* m_ptr;
weakref_type* m_refs;
};
|
同sp一样,m_ptr指向实际对象,但wp还有一个成员变量m_refs。
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template
<
typename
T>
wp<T>::wp(T* other)
: m_ptr(other)
{
if
(other) m_refs = other->createWeak(
this
);
}
template
<
typename
T>
wp<T>::wp(
const
wp<T>& other)
: m_ptr(other.m_ptr), m_refs(other.m_refs)
{
if
(m_ptr) m_refs->incWeak(
this
);
}
RefBase::weakref_type* RefBase::createWeak(
const
void
* id)
const
{
mRefs->incWeak(id);
return
mRefs;
}
|
可以看到,wp的m_refs就是RefBase即实际对象的mRefs。
wp析构的时候减少弱引用计数:
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|
template
<
typename
T>
wp<T>::~wp()
{
if
(m_ptr) m_refs->decWeak(
this
);
}
|
由于弱指针没有重载*与->操作符,所以不能直接操作指向的对象,虽然有unsafe_get函数,但像名字所示的,不建议使用,直接使用实际对象指针的话就没必要用智能指针了。
因为弱指针不能直接操作对象,所以要想操作对象的话就要将其转换为强指针,即wp::promote方法:
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template
<
typename
T>
sp<T> wp<T>::promote()
const
{
return
sp<T>(m_ptr, m_refs);
}
template
<
typename
T>
sp<T>::sp(T* p, weakref_type* refs)
: m_ptr((p && refs->attemptIncStrong(
this
)) ? p : 0)
{
}
|
是否能从弱指针生成一个强指针关键是看refs->attemptIncStrong,看其定义:
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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
);
while
(curCount > 0 && curCount != INITIAL_STRONG_VALUE) {
if
(android_atomic_cmpxchg(curCount, curCount+1, &impl->mStrong) == 0) {
break
;
}
curCount = impl->mStrong;
}
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.
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
// allows it to happen.
allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) == OBJECT_LIFETIME_WEAK
&& impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);
}
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
;
}
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首先通过incWeak将弱引用数加1(被强指针sp引用会导致强引用数和弱引用数同时加1),然后:
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int32_t curCount = impl->mStrong;
while
(curCount > 0 && curCount != INITIAL_STRONG_VALUE) {
if
(android_atomic_cmpxchg(curCount, curCount+1, &impl->mStrong) == 0) {
break
;
}
curCount = impl->mStrong;
}
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如果之前已经有强引用,直接将强引用数加1,android_atomic_cmpxchg表示如果impl->mStrong的值为curCount,则把impl->mString的值改为curCount+1,此处用while循环是防止其他线程已经增加了强引用数。
接下来:
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if
(curCount <= 0 || curCount == INITIAL_STRONG_VALUE)
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表示对象目前没有强引用,这就要判断对象是否存在了。
如果curCount == INITIAL_STRONG_VALUE,表示对象没有被sp引用过。接下来判断:
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allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK
|| impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);
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表示:如果对象的生命周期只受强引用控制,对象一定存在,要有强引用才可以管理对象的释放,所以一定会允许生成强引用;如果对象的生命周期受弱引用控制,调用对象的onIncStrongAttempted试图增加强引用,由于此时在弱引用中,弱引用一定不为0,对象也一定存在,调用onIncStrongAttempted的意图是因为类的实现者可能不希望用强引用引用对象。在RefBase中onIncStrongAttempted默认返回true:
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bool
RefBase::onIncStrongAttempted(uint32_t flags,
const
void
* id)
{
return
(flags&FIRST_INC_STRONG) ?
true
:
false
;
}
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如果curCount <= 0(只会等于0),表示对象强引用数经历了INITIAL_STRONG_VALUE -->大于0 --> 0,接下来就要判断:
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allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) == OBJECT_LIFETIME_WEAK
&& impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);
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如果对象的生命周期受强引用数控制,那么由于曾被sp引用过,现在强引用数又为0,对象就已经被delete了,所以就不能生成强引用,否则如果对象的生命周期受弱引用数控制,就通过onIncStrongAttempted看类的实现者是否希望当对象的强引用数变为0时可以再次被强引用引用。
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if
(!allow) {
decWeak(id);
return
false
;
}
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如果allow为false表示不能从弱引用生成强引用,就要调用decWeak将弱引用减1(因为在promote入口先将弱引用加了1),然后返回false表示生成强引用失败。
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if
(curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {
android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &impl->mStrong);
impl->mBase->onFirstRef();
}
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最后,如果curCount == INITIAL_STRONG_VALUE表示第一次被sp引用,调用对象的onFirstRef函数。
RefBase内部有一个指针指向实际对象,有一个weakref_impl类型的指针保存对象的强/弱引用计数、对象生命周期控制。
sp只有一个成员变量,用来保存实际对象,但这个实际对象内部已包含了weakref_impl *对象用于保存实际对象的引用计数。sp 管理一个对象指针时,对象的强、弱引用数同时加1,sp销毁时,对象的强、弱引用数同时减1。
wp中有两个成员变量,一个保存实际对象,另一个是weakref_impl *对象。wp管理一个对象指针时,对象的弱引用计数加1,wp销毁时,对象的弱引用计数减1。
weakref_impl中包含一个flag用于决定对象的生命周期是由强引用数控制还是由弱引用数控制:
当flag为0时,实际对象的生命周期由强引用数控制,weakref_impl *对象由弱引用数控制。
当flag为OBJECT_LIFETIME_WEAK时,实际对象的生命周期受弱引用数控制。
当flag为OBJECT_LIFETIME_FOREVER时,实际对象的生命周期由用户控制。
可以用extendObjectLifetime改变flag的值。