Swift底層進(jìn)階--006:內(nèi)存管理

強(qiáng)引用

Swift使用ARC管理內(nèi)存

  • OC創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象史翘,默認(rèn)引用計(jì)數(shù)為0
  • Swift創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象手趣,默認(rèn)引用計(jì)數(shù)為1
class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
}

var t=LGTeacher()
var t1=t
var t2=t

上述代碼,通過LLDB指令來查看t的引?計(jì)數(shù):

查看t的引?計(jì)數(shù)
輸出的refCounts為什么是0x0000000600000002拾给?

通過源碼進(jìn)行分析盒发,打開HeapObhect.h,看到一個(gè)宏

HeapObhect.h

進(jìn)入SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS宏定義玛迄,這里看到refCounts類型是InlineRefCounts

SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS

進(jìn)入InlineRefCounts定義由境,它是RefCounts類型的別名

InlineRefCounts

進(jìn)入RefCounts定義,它是一個(gè)模板類蓖议。后續(xù)邏輯取決于模板參數(shù)RefCountBits虏杰,也就是上圖中傳入的InlineRefCountBits的類型

RefCounts

進(jìn)入InlineRefCountBits定義,它是RefCountBitsT類型的別名

InlineRefCountBits

首先確認(rèn)RefCountIsInline是什么勒虾,進(jìn)入RefCountIsInline定義纺阔,本質(zhì)上是enum,只有truefalse修然。這里傳入的RefCountIsInline就是true

RefCountIsInline

再進(jìn)入到RefCountBitsT的定義州弟,里面的成員變量bits,類型為BitsType

RefCountBitsT

bits對(duì)RefCountBitsIntType屬性取別名低零,本質(zhì)上就是uint64_t類型

RefCountBitsInt

明白了bits是什么,下面就來分析HeapObject的初始化方法拯杠,重點(diǎn)看第二個(gè)參數(shù)refCounts

HeapObject初始化方法

進(jìn)入Initialized定義掏婶,它的本質(zhì)是一個(gè)enum,找到對(duì)應(yīng)的refCounts方法潭陪,需要分析一下傳入的RefCountBits(0, 1)到底在做什么

Initialized

進(jìn)入RefCountBits雄妥,還是模板定義,把代碼繼續(xù)往下拉...

RefCountBits

在下面找到真正的初始化方法RefCountBitsT依溯,傳入strongExtraCountunownerCount兩個(gè)uint32_t類型參數(shù)老厌,將這兩個(gè)參數(shù)根據(jù)Offsets進(jìn)行位移操作

RefCountBitsT

通過源碼分析,最終我們得出這樣?個(gè)結(jié)論

結(jié)論

  • isImmortal(0)
  • UnownedRefCount(1-31):無主引用計(jì)數(shù)
  • isDeinitingMask(32):是否進(jìn)行釋放操作
  • StrongExtraRefCount(33-62):強(qiáng)引用計(jì)數(shù)
  • UseSlowRC(63)

對(duì)照上述結(jié)論黎炉,使用二進(jìn)制查看refCounts輸出的0x0000000600000002

二進(jìn)制查看refCounts

  • 1-31位是UnownedRefCount無主引用計(jì)數(shù)
  • 33-62位是StrongExtraRefCount強(qiáng)引用計(jì)數(shù)

通過SIL代碼枝秤,分析t的引用計(jì)數(shù),當(dāng)t賦值給t1慷嗜、t2時(shí)淀弹,觸發(fā)了copy_addr

SIL

查看SIL文檔,copy_addr內(nèi)部又觸發(fā)了strong_retain

copy_addr

回到源碼庆械,來到strong_retain的定義薇溃,它其實(shí)就是swift_retain,其內(nèi)部是一個(gè)宏定義CALL_IMPL缭乘,調(diào)用的是_swift_retain_沐序,然后在_swift_retain_內(nèi)部又調(diào)用了object->refCounts.increment(1)

strong_retain

進(jìn)入increment方法,里面的newbits是模板函數(shù),其實(shí)就是64位整形策幼。這里我們發(fā)現(xiàn)incrementStrongExtraRefCount方法點(diǎn)不進(jìn)去邑时,因?yàn)榫幾g器不知道RefCountBits目前是什么類型

increment方法

我們需要回到HeapObject,從InlineRefCounts進(jìn)入垄惧,找到incrementStrongExtraRefCount方法

image.png
通過BitsType方法將inc類型轉(zhuǎn)換為uint64_t刁愿,通過Offsets偏移StrongExtraRefCountShift,等同于1<<33到逊,十進(jìn)制的1左移33位铣口,再轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制,得到結(jié)果0x200000000觉壶。故此上述代碼相當(dāng)于bits += 0x200000000脑题,左移33位后,在33-62位上铜靶,強(qiáng)引用計(jì)數(shù)+1

上述源碼分析中叔遂,多次看到C++的模板定義,其目是為了更好的抽象争剿,實(shí)現(xiàn)代碼重用機(jī)制的一種工具已艰。它可以實(shí)現(xiàn)類型參數(shù)化,即把類型定義為參數(shù)蚕苇, 從而實(shí)現(xiàn)真正的代碼可重用性哩掺。模版可以分為兩類,一個(gè)是函數(shù)模版涩笤,另外一個(gè)是類模版嚼吞。

通過CFGetRetainCount查看引用計(jì)數(shù)

class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
}

var t=LGTeacher()
print(CFGetRetainCount(t))

var t1=t
print(CFGetRetainCount(t))

var t2=t
print(CFGetRetainCount(t))

//輸出以下內(nèi)容:
//2
//3
//4

上述代碼中,原本t的引用計(jì)數(shù)為3蹬碧,使用CFGetRetainCount方法會(huì)導(dǎo)致t的引用計(jì)數(shù)+1

弱引用
class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
    var stu: LGStudent?
}

class LGStudent {
    var age = 20
    var teacher: LGTeacher?
}

func test(){
    var t=LGTeacher()
    weak var t1=t
    print(CFGetRetainCount(t))
}

test()

//輸出以下內(nèi)容:
//2

上述代碼舱禽,t創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象引用計(jì)數(shù)默認(rèn)為1,使用CFGetRetainCount查看引用計(jì)數(shù)+1恩沽,打印結(jié)果為2誊稚。顯然將t賦值給使用weak修飾的t1,并沒有增加t的強(qiáng)引用計(jì)數(shù)

通過LLDB指令來查看t的引?計(jì)數(shù):

查看`t`的引?計(jì)數(shù)
t賦值給weak修飾的t1罗心,查看refCounts打印出奇怪的地址

通過LLDB指令來查看t1

查看t1
使用weak修飾的t1變成了Optional可選類型片吊,因?yàn)楫?dāng)t被銷毀時(shí),t1會(huì)被置為nil协屡,所以weak修飾的變量必須為可選類型

通過斷點(diǎn)查看匯編代碼俏脊,發(fā)現(xiàn)定義weak變量,會(huì)調(diào)用swift_weakInit函數(shù)

查看匯編代碼

通過源碼進(jìn)行分析肤晓,找到swift_weakInit函數(shù)爷贫,這個(gè)函數(shù)由WeakReference調(diào)用认然,相當(dāng)于weak字段在編譯器聲明過程中自定義了一個(gè)WeakReference對(duì)象,目的在于管理弱引用漫萄。在swift_weakInit函數(shù)內(nèi)部調(diào)用了ref->nativeInit(value), 其中value就是HeapObject

swift_weakInit

進(jìn)入nativeInit方法卷员,判斷object不為空,調(diào)用formWeakReference

nativeInit

進(jìn)入formWeakReference方法腾务,首先通過allocateSideTable方法創(chuàng)建SideTable毕骡,如果創(chuàng)建成功,調(diào)用incrementWeak

formWeakReference

進(jìn)入allocateSideTable方法岩瘦,先通過refCounts拿到原有的引用計(jì)數(shù)未巫,再通過getHeapObject創(chuàng)建SideTable,將地址傳入InlineRefCountBits方法

allocateSideTable

進(jìn)入InlineRefCountBits方法启昧,將參數(shù)SideTable的地址叙凡,直接進(jìn)行偏移,然后存儲(chǔ)到內(nèi)存中密末,相當(dāng)于將SideTable直接存儲(chǔ)到uint64_t的變量中

InlineRefCountBits

之前查看trefCounts握爷,打印出0xc0000000200d1d6e這串奇怪的地址,去掉62位63位保留字段严里,剩余的就是偏移后的HeapObjectSideTableEntry實(shí)例對(duì)象的內(nèi)存地址新啼,即散列表的地址

二進(jìn)制查看refCounts

回到源碼分析,進(jìn)入HeapObjectSideTableEntry定義刹碾,里面有object對(duì)象和refCounts燥撞,refCounts是一個(gè)SideTableRefCounts類型

HeapObjectSideTableEntry

進(jìn)入SideTableRefCounts定義,它是RefCounts類型的別名教硫,和之前分析的InlineRefCountBits類似,后續(xù)邏輯取決于模板參數(shù)的傳入辆布,這里傳入的是SideTableRefCountBits類型

SideTableRefCounts

進(jìn)入SideTableRefCountBits定義瞬矩,它繼承于RefCountBitsT

SideTableRefCountBits
RefCountBitsT存儲(chǔ)的是uint64_t類型的64位的信息,用于記錄原有引用計(jì)數(shù)锋玲。除此之外SideTableRefCountBits自身還有一個(gè)uint32_tweakBits景用,用于記錄弱引用計(jì)數(shù)

還原散列表地址,查看弱引用refCounts

  • 0xc0000000200d1d6e地址62位63位的保留字段清零惭蹂,得到地址0x200D1D6E
  • 0x200D1D6E左移3位伞插,還原成HeapObjectSideTableEntry對(duì)象地址0x10068EB70,也就是散列表地址
  • 通過x/8g讀取地址0x10068EB70
    查看弱引用refCounts
循環(huán)引用
案例1:

閉包捕獲外部變量

var age = 10

let clourse = {
    age += 1
}

clourse()
print(age)

//輸出以下內(nèi)容:
//11

從輸出結(jié)果來看盾碗, 閉包內(nèi)部對(duì)變量的修改將會(huì)改變外部原始變量的值媚污,因?yàn)殚]包會(huì)捕獲外部變量,這個(gè)與OC中的block一致

案例2:

deinit反初始化器

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){
    var t = LGTeacher()
}

test()

//輸出以下內(nèi)容:
//LGTeacher deinit

當(dāng)test函數(shù)里的局部變量t被銷毀時(shí)廷雅,會(huì)執(zhí)行反初始化器deinit方法耗美,這個(gè)與OC中的dealloc一致

案例3:

閉包修改實(shí)例變量的值京髓,閉包能否對(duì)t造成強(qiáng)引用?

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){

    var t = LGTeacher()

    let closure = {
        t.age += 1
    }

    closure()
    print("age:\(t.age)")
}

test()

//輸出以下內(nèi)容:
//age:19
//LGTeacher deinit

從輸出結(jié)果來看商架, 閉包對(duì)t并沒有造成強(qiáng)引用

案例4

案例3進(jìn)行修改堰怨,在LGTeacher類里定義閉包類型屬性completionBlock,在test函數(shù)內(nèi)蛇摸,調(diào)用t.completionBlock閉包备图,內(nèi)部修改t.age屬性,這樣能否對(duì)t造成強(qiáng)引用赶袄?

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    var completionBlock: (() ->())?
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = {
        t.age += 1
    }

    print("age:\(t.age)")
}

test()

//輸出以下內(nèi)容:
//age:18

從輸出結(jié)果來看揽涮,這里產(chǎn)生了循環(huán)引用,沒有執(zhí)行deinit方法弃鸦,也沒有打印LGTeacher deinit绞吁。因?yàn)閷?shí)例變量t的釋放,需要等待completionBlock閉包的作用域釋放唬格,但閉包又被實(shí)例對(duì)象強(qiáng)引用家破,造成循環(huán)引用,t對(duì)象無法被釋放

案例5

案例4中循環(huán)引用的兩種解決方法

1购岗、使用weak修飾閉包傳入的參數(shù)汰聋,參數(shù)的類型是Optional可選類型

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = { [weak t] in
        t?.age += 1
    }

    print("age:\(t.age)")
}

//輸出以下內(nèi)容:
//age:18
//LGTeacher deinit

2、使用unowned修飾閉包參數(shù)喊积,與weak的區(qū)別在于unowned不允許被設(shè)置為nil烹困,在運(yùn)行期間假定它是有值的,所以使用unowned修飾要注意野指針的情況

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = { [unowned t] in
        t.age += 1
    }

    print("age:\(t.age)")
}

//輸出以下內(nèi)容:
//age:18
//LGTeacher deinit
捕獲列表

[unowned t]乾吻、[weak t]Swift中叫做捕獲列表

  • 捕獲列表的定義在參數(shù)列表之前
  • 書寫形式:??括號(hào)括起來的表達(dá)式列表
  • 如果使?捕獲列表髓梅,即使省略參數(shù)名稱、參數(shù)類型和返回類型绎签,也必須使?in關(guān)鍵字
  • [weak t]就是獲取t的弱引用對(duì)象枯饿,相當(dāng)于OC中的weakself
var age = 0
var height = 0.0

let closure = { [age] in
    print(age)
    print(height)
}

age = 10
height = 1.85

closure()

//輸出以下內(nèi)容:
//0
//1.85

上述代碼中,捕獲列表的age是常量诡必,并且進(jìn)行了值拷貝奢方。對(duì)于捕獲列表中的每個(gè)常量,閉包會(huì)利?周圍范圍內(nèi)具有相同名稱的常量或變量爸舒,來初始化捕獲列表中定義的常量蟋字。

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