Objective-C 内存管理

ObjC 是 C 语言的超集，所以内存需要管理分配和释放；苹果在新的 LLVM 中增加了自动内存管理机制，让编译器来实现内存管理

引用计数 & MRC

引用计数是 Cocoa 中（不在OC语言中）用来管理内存的核心思想，可以说 ObjectiveC 中的内存管理就是引用计数。通过对对象的引用情况进行统计，如果对象没有任何引用（计数为0），则将该对象销毁

引用计数规则

引用计数的管理原则是：

• 自己生成的对象，自己持有
• 非自己生成的对象，自己也可以持有
• 不再持有对象时要释放
• 非自己持有的对象不能释放

规则与实现

引用计数的规则都有对应的方法与之对应：

• 生成并持有对象：alloc\new\copy\mutableCopy 方法与以上诉单词开头的方法
  • allocate \ newer \ copying \ mutableCopyed 等方法虽然以规定的单词开头，但是不会生成并持有对象；需要方法名符合驼峰命名的规则
• 持有对象：retain 方法；不是自己生成的对象，理论上是无主的（没有任何变量持有）；需要显示的去持有它，否则会被立刻销毁
• 释放对象：release 方法：无论持有的对象是否是自己生成的，当不再需要继续持有时，必须将它释放；但是释放非自己持有的对象会导致奔溃；多次释放也会导致崩溃
• 销毁对象：dealloc 方法：当一个对象的引用次数降为0时，它会被销毁；系统会自动调用 dealloc 方法

以上内存管理的相关方法都由 CoreFoundation 中的基类 NSObject 中实现，因此所有的 ObjC 对象都能使用，而非 ObjC 对象则不能使用；所以说内存管理是 Cocoa 中的功能，而不是语言层面的

实现

苹果维护了一个全局的散列表（引用计数表）来管理引用计数；其中表的键值是对象内存块地址的 hash 值；这样做的好处在于

• 引用计数表中记录了各个对象的内存块地址，可以从表中追溯到具体的对象；如果出现 bug 导致对象内存块损坏，可以通过表找到具体内存块的地址
• 全局引用计数表同时还方便利用工具检测内存是否泄漏

Autorelease Pool

通过引用计数，大多数情况下只要遵守规则就能很好的管理内存，但是有些特殊情况却不能很好的处理。例如：当一个对象作为函数返回值时，它创建完被一个自动变量持有，当函数返回时，自动变量被销毁，然后释放该待返回对象，此时它的引用计数为0，对象被销毁。针对这一种情况，Cocoa 提供了另一种机制：延迟释放

原理

AutoreleasePool 是 Cocoa 中的延迟释放具体实现，它的原理类似于 C 中的作用域，将需要延迟释放的对象添加到 pool 中，当 pool 被销毁时（类似于变量超出作用域），pool 中的所有对象会被调用 release 方法。AutoreleasePool 与 Runloop 相关，每个 Runloop 循环结束时才会被销毁，因此可以保证里面的对象生命周期超出当前作用域到当前 Runloop 结束

Autorelease Pool 实现

AutoreleasePool 本质上是在内部维护了一个数组，当将一个对象添加到 pool 时，就是将对象添加到内部数组。待 AutoreleasePool 对象被销毁时就遍历该数组，依次调用 release 方法

autorelease 方法

autorelease 方法的实质就是调用 NSAutoreleasePool 对象的 +(void)addObject: 方法

• +(void)addObject: 类方法会获取当前的 NSAutoreleasePool 实例，并调用 -(void)addObject: 方法

NSAutoreleasePool 的 autorelease 方法被重载了，对 NSAutoreleasePool 实例调用 autorelease 方法会导致崩溃

ARC

ARC 全称自动引用计数，本质上还是通过引用计数管理内存，不同之处是通过编译器完成对对象的引用计数管理

所有权修饰符

ARC 中使用所有权修饰符表述引用计数的规则

• __strong 默认修饰符，表示强引用；持有强引用的变量在超出其作用域时被废弃，随之强引用失效，引用的对象会被释放
  • 对 __strong 修饰的变量赋值就满足自己生成的对象自己持有；非自己生成的对象自己也能持有的规则
  • 通过销毁 __strong 修饰的变量满足不再持有的对象被释放的规则
• __weak 弱引用，保证引用不会持有对象；主要用于解决循环引用的问题，弱引用修饰的变量指向对象被销毁后会指向 nil
• __unsafe_unretained 修饰后的对象不属于编译器的内存管理对象，作用效果和 __weak 一样。但是它可能指向野指针，导致崩溃
• __autoreleasing 表示会将变量注册到 Autorelease Pool

__strong | __weak | __autoreleasing 会保证将变量初始化为 nil

__weak 会在变量引用的对象被销毁后指向 nil，保证程序不会崩溃；而 __unsafe_unretained 则会指向野指针

在变量间的赋值过程中，必须保证所有权修饰符一致（编译器会自动转换）

__autoreleasing 使用场景

• 返回生成但自己不持有的对象时（非 alloc\new\copy 等方法生成的），需要保证没有立刻被销毁
• 访问 __weak 修饰的变量时必定会注册到 Pool；因为 __weak 修饰的变量在引用过程中随时可能被销毁，只有将它添加到 Pool 中，才能保证在当前作用域中不被释放
• 使用（id 或对象的指针）指针时，默认会被加上 __autoreleasing，例如：NSError * __autoreleasing * error；插在中间说明是作用于对象而不是指针地址，防止指针指向的对象被销毁

属性关键字

• assign -> __unsafe_unretained assign 主要用于数值类型，不是OC对象，存放在栈中，不需要使用编译器管理内存
• copy -> __strong 会将对象复制后再赋值
• retain -> __strong
• strong -> __strong
• unsafe_unretained -> __unsafe_unretained
• weak -> __weak

ARC 实现

ARC 是由编译器进行内存管理，但是实质上 OC 运行时在其中也发挥了巨大的作用。

__strong

编译器会在编译器针对不同的所有权修饰符插入 retain 和 release 代码；再配合运行时优化程序

• 将成对的无用 retain 和 release 删除
• 直接调用底层 C API 管理引用计数

__weak

__weak 不需要对对象引用，理论上来说不需要处理，但是它需要实现另外两个功能：

• 在指向的对象被销毁后将变量指向 nil
• 在引用 __weak 声明的变量时需要将变量添加到 autoreleasepool 中

针对上诉需求，系统维护了一个全局散列表，将所有 __weak 指向对象的地址作为 key，变量的地址作为 value；如果一个对象同时赋值给多个 weak 变量，则会用同一个键值注册多个 value （保存在数组中）

当对象被销毁后，操作如下

1. 从 weak 表中获取销毁对象的地址为键值的所有地址记录
2. 将包含在地址记录中的所有变量赋值为 nil
3. 从 weak 表中删除该记录
4. 从引用计数表中删除销毁对象的地址为键值的记录

因为对象被销毁后，会将 nil 赋值给该变量，因此使用大量 __weak 的变量会导致 CPU 资源消耗过高
同时如果多次使用 __weak 声明的变量，每次使用都会使得该变量被注册到 autorelease pool 中。这种情形可以将变量暂时赋值给 __strong 修饰的变量再使用，可以保证只会被注册到 autorelease pool 一次。每使用一次__weak对象，运行时系统都会将其指向的原始对象先 retain，之后保存到自动释放池中

__autoreleasing

__autoreleasing 等价于 MRC 环境下的 autorelease 方法；@autoreleasepool 等价于 MRC 环境下的 NSAutoreleasePool 类

ARC 与 C

对象型变量不能加到 C struct\union 中，因为 ARC 是通过编译器管理内存的，编译器必须知道并且管理对象的声明周期；但是 C 结构体的生命周期是不可知的

将对象强制转为 void * 指针或声明__unsafe_unretained不使用编译器管理内存之后可以加到 C 结构体中

OC 中的 id 类型与 C 中的万能指针可以通过 (__bridge) 互换：void *p = (__bridge void *)obj & id obj = (__bridge id)p; 但是很容易因为野指针崩溃