一、Tagged Pointer細(xì)節(jié)探究

蘋果為了提高執(zhí)行效率和節(jié)省內(nèi)存，引入了Tagged Pointer的概念形庭，對(duì)于64位程序來說可以達(dá)到3倍的訪問速度和100多倍的創(chuàng)建銷毀的速度杰妓。支持Tagged Pointer的類型以某種方式創(chuàng)建后便是Tagged Pointer指針，這種特殊的指針包括了數(shù)據(jù)內(nèi)容和附加信息碘勉，訪問的時(shí)候可以通過指針地址解碼獲得巷挥。

在objc源碼中定義了全部的支持Tagged Pointer的類型，常用的類型摘錄如下验靡，如NSString倍宾、NSNumber、NSIndexPath胜嗓、NSDate高职、UIColor、NSIndexSet等：

...// 60-bit payloads
OBJC_TAG_NSString          = 2, 
OBJC_TAG_NSNumber          = 3, 
OBJC_TAG_NSIndexPath       = 4, 
OBJC_TAG_NSManagedObjectID = 5, 
OBJC_TAG_NSDate            = 6,
...// 52-bit payloads
OBJC_TAG_UIColor           = 17,
OBJC_TAG_CGColor           = 18,
OBJC_TAG_NSIndexSet        = 19,
OBJC_TAG_NSMethodSignature = 20,

先來看如下代碼的打印結(jié)果:

NSString *str1 = @"abcd";
NSString *str2 = [[NSString alloc] initWithString:str1];
NSString *str3 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@", str1];
NSString *str4 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@-%@-%@", str1,str1,str1];
NSLog(@"str1=%@, ptr=%p, class=%@;", str1, str1, [str1 class]);
NSLog(@"str2=%@, ptr=%p, class=%@;", str2, str2, [str2 class]);
NSLog(@"str3=%@, ptr=%p, class=%@;", str3, str3, [str3 class]);
NSLog(@"str4=%@, ptr=%p, class=%@;", str4, str4, [str4 class]);

打印結(jié)果:

str1=abcd, ptr=0x1020fc9d0, class=__NSCFConstantString;
str2=abcd, ptr=0x1020fc9d0, class=__NSCFConstantString;
str3=abcd, ptr=0xa1e53d6849de69de, class=NSTaggedPointerString;
str4=abcd-abcd-abcd, ptr=0x283195de0, class=__NSCFString;

• 打印結(jié)果中str3的真實(shí)類型為NSTaggedPointerString辞州。str1怔锌、str2的真實(shí)類型為__NSCFConstantString。str4的真實(shí)類型為__NSCFString变过。通過打印superclass找到了他們之間的繼承關(guān)系埃元，其中NSTaggedPointerString是NSString的子類。
  
  NSString.png
• 打印結(jié)果可以看出媚狰，是否支持Tagged Pointer跟創(chuàng)建的方式和初始化的內(nèi)容長(zhǎng)度等也有關(guān)系岛杀。

先從這里入口，如何判斷一個(gè)對(duì)象是不是支持Tagged Pointer?

static inline bool  _objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr){
    return ((uintptr_t)ptr & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}

//而_OBJC_TAG_MASK的定義與架構(gòu)平臺(tái)相關(guān)崭孤，真機(jī)的_OBJC_TAG_MASK = (1UL<<63) 类嗤，也就是高1位是1就是Tagged Pointer指針。

#if __arm64__
#   define OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS 1  //64位真機(jī)
#else
#   define OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS 0
#endif

#if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)   //真機(jī)：指針最高位為1
#elif OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#else
#   define _OBJC_TAG_MASK 1UL
# endif

為了避免開發(fā)人員直接從指針地址上直接獲取到內(nèi)容辨宠，我們直接通過指針取地址獲取到的都是encode之后的遗锣，要想拿到真實(shí)的信息需要decode:

static inline void * _Nonnull _objc_encodeTaggedPointer(uintptr_t ptr){
    uintptr_t value = (objc_debug_taggedpointer_obfuscator ^ ptr);
#if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS
    if ((value & _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK) == _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK)
        return (void *)ptr;
    uintptr_t basicTag = (value >> _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT) & _OBJC_TAG_INDEX_MASK;
    uintptr_t permutedTag = _objc_basicTagToObfuscatedTag(basicTag);
    value &= ~(_OBJC_TAG_INDEX_MASK << _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT);
    value |= permutedTag << _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT;
#endif
    return (void *)value;
}

static inline uintptr_t_objc_decodeTaggedPointer_noPermute(const void * _Nullable ptr){
    uintptr_t value = (uintptr_t)ptr;
#if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS
    if ((value & _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK) == _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK)
        return value;
#endif
    return value ^ objc_debug_taggedpointer_obfuscator;
}

encode的時(shí)候通過objc_debug_taggedpointer_obfuscator與指針地址按位異或，decode是objc_debug_taggedpointer_obfuscator 按位異或encode之后的值嗤形。而objc_debug_taggedpointer_obfuscator則是在應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)_read_images()->initializeTaggedPointerObfuscator()初始化的精偿。在按位異或中相同為0，不同為1派殷，如果objc_debug_taggedpointer_obfuscator的值為0則encode/decode前后的值應(yīng)該相同还最。DisableTaggedPointerObfuscation==YES的時(shí)候初始化的objc_debug_taggedpointer_obfuscator=0,可以在scheme的環(huán)境變量中配置OBJC_DISABLE_TAG_OBFUSCATION==YES之后在調(diào)試更方便。
設(shè)置環(huán)境變量操作如下:

設(shè)置環(huán)境變量.png

還原字符串過程.png

采用Tagged Pointer存儲(chǔ)的小對(duì)象枣氧，需要在類型、創(chuàng)建方式垮刹、內(nèi)容長(zhǎng)度等方面滿足要求达吞，簡(jiǎn)單老說就是數(shù)據(jù)內(nèi)容、標(biāo)識(shí)位和擴(kuò)展信息需要在2^64位中能存儲(chǔ)完整完整荒典。我們?cè)趯?shí)際開發(fā)中不應(yīng)該依賴這些細(xì)節(jié)酪劫，這些內(nèi)容不同平臺(tái)不一樣，而且可能會(huì)經(jīng)常改變寺董。

二覆糟、retain/release的流程梳理

先看retain：

retain核心流程梳理.png

retain核心流程梳理如下：

• 1.首次進(jìn)入rootRetain(tryRetain, variant)：參數(shù)tryRetain=false，variant=FastOrMsgSend遮咖。
• 2.如果是isTaggedPointer滩字，則直接return this;反之繼續(xù)3.
• 3.variant=FastOrMsgSend，執(zhí)行objc_msgSend(this, @selector(retain)),繼續(xù)4御吞。
• 4.二次進(jìn)入rootRetain(tryRetain, variant)：參數(shù)tryRetain=false麦箍，variant=Fast。
• 5.如果isa.nonpointer==0陶珠，執(zhí)行sidetable_retain():引用計(jì)數(shù)全部全部存儲(chǔ)在sidetable中内列；直接根據(jù)當(dāng)前對(duì)象找到存儲(chǔ)該對(duì)象的table，然后找到原有的refcntStorage+=SIDE_TABLE_RC_ONE即可背率。
• 6.如果isa.nonpointer==1话瞧，應(yīng)用計(jì)數(shù)存儲(chǔ)在isa.extra_rc和sidetable中。引用計(jì)數(shù)+1會(huì)優(yōu)先添加到isa.extra_rc上寝姿。如果存滿了交排，則先保存一半RC_HALF在extra_rc中，并標(biāo)記has_sidetable_rc=true已使用引用計(jì)數(shù)表饵筑，處理完isa后更新isa的數(shù)據(jù)埃篓。再將另一半RC_HALF追加到sidetable中，保存到side_table的流程與2同根资。
• 7.retain的最后返回this指針架专。

源碼中release的核心流程objc_object::rootRelease(bool performDealloc, objc_object::RRVariant variant)中，源碼較多玄帕，這里梳理核心流程如下：
release核心流程梳理如下：

• 1.首次進(jìn)入rootRelease(performDealloc, variant)：參數(shù)performDealloc=true, variant= FastOrMsgSend部脚。
• 2.如果是isTaggedPointer，則直接return false;反之繼續(xù)3裤纹。
• 3.variant=FastOrMsgSend委刘，執(zhí)行objc_msgSend)(this, @selector(release))，繼續(xù)4。
• 4.二次進(jìn)入rootRelease(performDealloc, variant)：參數(shù)performDealloc=true, variant= Fast锡移。
• 5.如果isa.nonpointer==0呕童，執(zhí)行sidetable_release():引用計(jì)數(shù)全部存在sidetable中；根據(jù)當(dāng)前的對(duì)象找到存儲(chǔ)該對(duì)象引用計(jì)數(shù)的table淆珊，然后找到原有的refcnt -= SIDE_TABLE_RC_ONE;即可夺饲。滿足dealloc條件的，繼續(xù)執(zhí)行dealloc流程施符。
• 6.如果isa.nonpointer==1往声，應(yīng)用計(jì)數(shù)存儲(chǔ)在isa.extra_rc和sidetable中。引用繼續(xù)-1會(huì)先從isa.extra_rc上減操刀。如果不夠減了烁挟，會(huì)進(jìn)入underflow流程7.
• 7.如果該對(duì)象有has_sidetable_rc，執(zhí)行rootRelease_underflow流程骨坑，三次進(jìn)入rootRelease(performDealloc, variant)：參數(shù)performDealloc=true, variant= Full撼嗓。
• 8.執(zhí)行auto borrow = sidetable_subExtraRC_nolock(RC_HALF);也就是問sidetable借RC_HALF，返回借到的數(shù)量和剩余的數(shù)量欢唾。
• 9.如果借到了則將借到的數(shù)量-1保存到isa.extrac_rc中且警。如果sidetable中剩余為0則標(biāo)記isa.has_sidetable_rc=0,再存儲(chǔ)新的isa.bits的數(shù)據(jù)。處理存儲(chǔ)失敗的情況礁遣。
• 10.如果沒有借到或者根本就沒有再sidetable中存儲(chǔ)則執(zhí)行dealloc相關(guān)流程斑芜。

小結(jié)：如果是Tagged Pointer小對(duì)象，沒有占用堆空間分配內(nèi)存祟霍，無需引用計(jì)數(shù)的管理杏头，小對(duì)象的釋放隨著棧空間的回收而釋放沸呐。常規(guī)對(duì)象醇王，先判斷有沒開啟isa優(yōu)化(isa.nonpointer==0)，沒有開啟則對(duì)象的引用計(jì)數(shù)都存儲(chǔ)在sidetable中崭添，無論retain還是release都操作的是sidetable中的計(jì)數(shù)+1寓娩，-1,如果是release，則當(dāng)計(jì)數(shù)為0的時(shí)候執(zhí)行dealloc操作呼渣。如果開啟了isa優(yōu)化(isa.nonpointer==1),則對(duì)象的引用計(jì)數(shù)存儲(chǔ)在isa.extra_rc和sidetable中棘伴，優(yōu)先操作isa.extra_rc。retain操作isa.extra_rc++屁置，當(dāng)isa.extra_rc中存滿255個(gè)后焊夸，就會(huì)分一半(1<<7)到sidetable中，并在isa中標(biāo)記isa.has_sidetable_rc=1缰犁。而release操作isa.extra_rc--淳地，當(dāng)isa.extra_rc中不夠減了怖糊，則會(huì)從sidetable中嘗試借1<<7個(gè)帅容，如果sidetable中被借了之后沒有了會(huì)設(shè)置isa.has_sidetable_rc=0颇象，借到的數(shù)據(jù)會(huì)加到isa.extra_rc中，方便后續(xù)使用并徘。如果沒有借到則執(zhí)行dealloc操作遣钳。

三、dealloc流程梳理

先看看底層objc_object::rootDealloc函數(shù)：

inline void objc_object::rootDealloc(){
    if (isTaggedPointer()) return;  // fixme necessary?

    if (fastpath(isa.nonpointer                     &&
                 !isa.weakly_referenced             &&
                 !isa.has_assoc                     &&
#if ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT
                 !isa.has_cxx_dtor                  &&
#else
                 !isa.getClass(false)->hasCxxDtor() &&
#endif
                 !isa.has_sidetable_rc)){
        assert(!sidetable_present());
        free(this);
    } 
    else {
        object_dispose((id)this);
    }
}

從這里可以看出如果一個(gè)對(duì)象是isTaggedPointer麦乞，那么這里什么事情都不做蕴茴。然后再判斷是否有開啟isa優(yōu)化、是否沒有被弱引用姐直、是否沒有關(guān)聯(lián)對(duì)象倦淀、是否沒有C++構(gòu)造/析構(gòu)函數(shù)、是否在sidetable中沒有引用計(jì)數(shù)了声畏，如果這些都是是撞叽，則直接調(diào)用底層free(this)回收內(nèi)存；反之則調(diào)用object_dispose(this)插龄。

接著進(jìn)入object_dispose函數(shù)：

id object_dispose(id obj){
    if (!obj) return nil;
    objc_destructInstance(obj);    
    free(obj);
    return nil;
}

先執(zhí)行objc_destructInstance(obj)愿棋，再執(zhí)行free(obj)。結(jié)合上下文推測(cè)objc_destructInstance()應(yīng)該是處理弱引用表均牢、關(guān)聯(lián)對(duì)象表糠雨、引用計(jì)數(shù)表相關(guān)的問題的。

void *objc_destructInstance(id obj) {
    if (obj) {
        // Read all of the flags at once for performance.
        bool cxx = obj->hasCxxDtor();
        bool assoc = obj->hasAssociatedObjects();

        // This order is important.
        if (cxx) object_cxxDestruct(obj);
        if (assoc) _object_remove_assocations(obj, /*deallocating*/true);
        obj->clearDeallocating();
    }
    return obj;
}

在objc_destructInstance函數(shù)中徘跪，做了三個(gè)事情：

• 1甘邀、如果有c++析構(gòu)方法，則調(diào)用object_cxxDestruct(obj),內(nèi)部繼續(xù)調(diào)用object_cxxDestructFromClass()方法垮庐，最終會(huì)從子類到父類依次調(diào)用析構(gòu)函數(shù)(如果存在的話)松邪，具體調(diào)用析構(gòu)函數(shù)做什么,還需要進(jìn)一步探究。
• 2.如果有關(guān)聯(lián)對(duì)象突硝，則調(diào)用_object_remove_assocations(obj, true)测摔，將該對(duì)象相關(guān)的關(guān)聯(lián)記錄擦除，同時(shí)如果關(guān)聯(lián)對(duì)象存在且引用計(jì)數(shù)策略是OBJC_ASSOCIATION_SETTER_RETAIN解恰，則像改對(duì)象發(fā)送objc_release(_value)消息锋八。
• 3.調(diào)用obj->clearDeallocating()函數(shù)，進(jìn)行弱引用對(duì)象护盈、引用計(jì)數(shù)相關(guān)的處理：如果沒有開啟isa.nonpointer挟纱，則調(diào)用sidetable_clearDeallocating()。如果該對(duì)象被弱引用或者再sidetable中存儲(chǔ)了引用計(jì)數(shù)則調(diào)用clearDeallocating_slow()腐宋。

sidetable_clearDeallocating()和clearDeallocating_slow()做的事情是一致的,核心代碼如下：
//3.1
void objc_object::sidetable_clearDeallocating(){
    SideTable& table = SideTables()[this];
    RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
    if (it != table.refcnts.end()) {
        if (it->second & SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED) {
            weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
        }
        table.refcnts.erase(it);
    }
}
//3.2
NEVER_INLINE void objc_object::clearDeallocating_slow(){
    SideTable& table = SideTables()[this];
    if (isa.weakly_referenced) {
        weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
    }
    if (isa.has_sidetable_rc) {
        table.refcnts.erase(this);
    }
}

• 4.weak_clear_no_lock進(jìn)行弱引用關(guān)系的處理：相關(guān)細(xì)節(jié)標(biāo)記在如下代碼中

void weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id) {
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;  //當(dāng)前對(duì)象referent
    weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);//從weak_table取出entry
    if (entry == nil) {
        return;//如果weak_table中沒有紊服，則直接return
    }

   
    weak_referrer_t *referrers;//weak指針列表檀轨，List結(jié)構(gòu)
    size_t count;//weak指針的數(shù)量
    
    if (entry->out_of_line()) {
        referrers = entry->referrers;
        count = TABLE_SIZE(entry);
    } 
    else {
        referrers = entry->inline_referrers;
        count = WEAK_INLINE_COUNT;
    }
    
    //一次遍歷weak指針
    for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        objc_object **referrer = referrers[i];
        if (referrer) {
            if (*referrer == referent) {
                //如果weak指針指向的是自己，則將weak指針置空欺嗤，這也是為啥weak指針在對(duì)象釋放后被自動(dòng)置空的真正原因参萄。
                *referrer = nil;
            }
            else if (*referrer) {
                //weak指針存在entry. referrers中，但是weak指針并不指向自己：異常情況＜灞６锟妗！處理
                objc_weak_error();
            }
        }
    }
    weak_entry_remove(weak_table, entry);//從weak_table表中移除該entry吆玖。
}

• 5.table.refcnts.erase()進(jìn)行引用計(jì)數(shù)的處理筒溃。