本文主要是分析內(nèi)存管理中的內(nèi)存管理方案，以及retain重贺、retainCount骑祟、release回懦、dealloc的底層源碼分析
1. ARC & MRC
iOS中的內(nèi)存管理方案，大致可以分為兩類：MRC（手動(dòng)內(nèi)存管理）和ARC（自動(dòng)內(nèi)存管理）
1.1 MRC
在MRC時(shí)代次企，系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)來(lái)判斷一個(gè)是否銷毀怯晕，有以下規(guī)則:
- 對(duì)象被
創(chuàng)建時(shí)引用計(jì)數(shù)都為1 - 當(dāng)對(duì)象被其他
指針引用時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)用[objc retain]抒巢，使對(duì)象的引用計(jì)數(shù)+1 - 當(dāng)指針變量不再使用對(duì)象時(shí)贫贝，需要手動(dòng)調(diào)用
[objc release]來(lái)釋放對(duì)象，使對(duì)象的引用計(jì)數(shù)-1 - 當(dāng)一個(gè)對(duì)象的
引用計(jì)數(shù)為0時(shí)蛉谜，系統(tǒng)就會(huì)銷毀這個(gè)對(duì)象
所以，在MRC模式下崇堵，必須遵守：誰(shuí)創(chuàng)建型诚，誰(shuí)釋放，誰(shuí)引用鸳劳，誰(shuí)管理
1.2 ARC
ARC模式是在WWDC2011和iOS5引入的自動(dòng)管理機(jī)制狰贯，即自動(dòng)引用計(jì)數(shù)。是編譯器的一種特性赏廓。其規(guī)則與MRC一致涵紊，區(qū)別在于，ARC模式下不需要手動(dòng)retain幔摸、release摸柄、autorelease。編譯器會(huì)在適當(dāng)?shù)奈恢貌迦雛elease和autorelease
2. 內(nèi)存管理方案
內(nèi)存管理方案除了上面提及的MRC和ARC既忆，還有以下三種
Tagged Pointer：專門用來(lái)處理小對(duì)象驱负，例如NSNumber、NSDate患雇、小NSString等Nonpointer_isa：非指針類型的isa跃脊，主要是用來(lái)優(yōu)化64位地址，這個(gè)在iOS-底層原理7：isa與類關(guān)聯(lián)的原理一文中苛吱，已經(jīng)介紹了SideTables：散列表酪术，在散列表中主要有兩個(gè)表，分別是引用計(jì)數(shù)表翠储、弱引用表
這里主要著重介紹Tagged Pointer 和SideTables绘雁，我們通過(guò)一個(gè)面試題來(lái)引入Tagged Pointer
2.1 面試題
//*********代碼1*********
- (void)taggedPointerDemo {
self.queue = dispatch_queue_create("com.lbh.cn", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
for (int i = 0; i<10000; i++) {
dispatch_async(self.queue, ^{
self.nameStr = [NSString stringWithFormat:@"iOS"]; // alloc 堆 iOS優(yōu)化 - taggedpointer
NSLog(@"%@",self.nameStr);
});
}
}
運(yùn)行以上代碼，一切正常彰亥。
將上面額代碼稍微改動(dòng)下
//*********代碼2*********
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
NSLog(@"來(lái)了");
for (int i = 0; i<10000; i++) {
dispatch_async(self.queue, ^{
self.nameStr = [NSString stringWithFormat:@"iOS_努力學(xué)習(xí)底層咧七，不做代碼搬運(yùn)工"];
NSLog(@"%@",self.nameStr);
});
}
}
運(yùn)行程序，點(diǎn)擊屏幕任斋，程序會(huì)崩潰
問(wèn)題：為什么會(huì)崩潰?
解答：
崩潰的原因是多條線程同時(shí)對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行釋放继阻，導(dǎo)致了過(guò)渡釋放所以崩潰耻涛。其根本原因是因?yàn)?code>nameStr在底層的類型不一致導(dǎo)致的，我們可以通過(guò)調(diào)試看出
taggedPointerDemo方法中的nameStr類型是NSTaggedPointerString瘟檩，存儲(chǔ)在常量區(qū)抹缕。因?yàn)?code>nameStr在alloc分配時(shí)在堆區(qū)，由于較小墨辛，所以經(jīng)過(guò)xcode中iOS的優(yōu)化卓研，成了NSTaggedPointerString類型，存儲(chǔ)在常量區(qū)touchesBegan方法中的
nameStr類型是NSCFString類型睹簇，存儲(chǔ)在堆上
2.2 NSString的內(nèi)存管理
我們可以通過(guò)NSString初始化的兩種方式奏赘，來(lái)測(cè)試NSString的內(nèi)存管理
- 通過(guò)
WithString + @""方式初始化 - 通過(guò)
WithFormat方式初始化
#define KLog(_c) NSLog(@"%@ -- %p -- %@",_c,_c,[_c class]);
- (void)testNSString{
//初始化方式一：通過(guò) WithString + @""方式
NSString *s1 = @"1";
NSString *s2 = [[NSString alloc] initWithString:@"222"];
NSString *s3 = [NSString stringWithString:@"33"];
KLog(s1);
KLog(s2);
KLog(s3);
//初始化方式二：通過(guò) WithFormat
//字符串長(zhǎng)度在9以內(nèi)
NSString *s4 = [NSString stringWithFormat:@"123456789"];
NSString *s5 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"123456789"];
//字符串長(zhǎng)度大于9
NSString *s6 = [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];
NSString *s7 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"1234567890"];
KLog(s4);
KLog(s5);
KLog(s6);
KLog(s7);
}
運(yùn)行結(jié)果
所以，從上面可以總結(jié)出太惠，NSString的內(nèi)存管理主要分為3種
__NSCFConstantString：字符串常量磨淌，是一種編譯時(shí)常量，retainCount值很大凿渊，對(duì)其操作梁只，不會(huì)引起引用計(jì)數(shù)變化，存儲(chǔ)在字符串常量區(qū)__NSCFString：是在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的NSString子類埃脏，創(chuàng)建后引用計(jì)數(shù)會(huì)加1搪锣，存儲(chǔ)在堆上-
NSTaggedPointerString：標(biāo)簽指針，是蘋果在64位環(huán)境下對(duì)NSString彩掐、NSNumber等對(duì)象做的優(yōu)化构舟。對(duì)于NSString對(duì)象來(lái)說(shuō)當(dāng)字符串是由
數(shù)字、英文字母組合且長(zhǎng)度小于等于9時(shí)佩谷，會(huì)自動(dòng)成為NSTaggedPointerString類型旁壮，存儲(chǔ)在常量區(qū)當(dāng)有
中文或者其他特殊符號(hào)時(shí)，會(huì)直接成為__NSCFString類型谐檀，存儲(chǔ)在堆區(qū)
3. Tagged Pointer 小對(duì)象
由一個(gè)NSString的面試題抡谐，引出了Tagged Pointer，為了探索小對(duì)象的引用計(jì)數(shù)處理桐猬，所以我們需要進(jìn)入objc源碼中查看retain麦撵、release源碼 中對(duì) Tagged Pointer小對(duì)象的處理
3.1 小對(duì)象的引用計(jì)數(shù)處理分析
step1: 查看setProperty -> reallySetProperty源碼，其中是對(duì)新值retain溃肪，舊值release
step2: 進(jìn)入objc_retain免胃、objc_release源碼，在這里都判斷是否是小對(duì)象惫撰，如果是小對(duì)象羔沙，則不會(huì)進(jìn)行retain或者release，會(huì)直接返回厨钻。因此可以得出一個(gè)結(jié)論：如果對(duì)象是小對(duì)象扼雏，不會(huì)進(jìn)行retain 和 release
//****************objc_retain****************
__attribute__((aligned(16), flatten, noinline))
id
objc_retain(id obj)
{
if (!obj) return obj;
//判斷是否是小對(duì)象坚嗜，如果是，則直接返回對(duì)象
if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
//如果不是小對(duì)象诗充，則retain
return obj->retain();
}
//****************objc_release****************
__attribute__((aligned(16), flatten, noinline))
void
objc_release(id obj)
{
if (!obj) return;
//如果是小對(duì)象苍蔬，則直接返回
if (obj->isTaggedPointer()) return;
//如果不是小對(duì)象，則release
return obj->release();
}
3.2 小對(duì)象的地址分析
繼續(xù)以NSString為例蝴蜓，對(duì)于NSString來(lái)說(shuō)
一般的
NSString對(duì)象指針碟绑，都是string值 + 指針地址，兩者是分開(kāi)的對(duì)于
Tagged Pointer指針茎匠，其指針+值格仲，都能在小對(duì)象中體現(xiàn)。所以Tagged Pointer 既包含指針诵冒，也包含值
在之前的文章講類的加載時(shí)抓狭，其中的_read_images源碼有一個(gè)方法對(duì)小對(duì)象進(jìn)行了處理，即initializeTaggedPointerObfuscator方法
step1: 進(jìn)入_read_images --> initializeTaggedPointerObfuscator源碼實(shí)現(xiàn)
static void
initializeTaggedPointerObfuscator(void)
{
// sdkIsOlderThan(mac, ios, tv, watch, bridge)
if (sdkIsOlderThan(10_14, 12_0, 12_0, 5_0, 3_0) ||
// Set the obfuscator to zero for apps linked against older SDKs,
// in case they're relying on the tagged pointer representation.
DisableTaggedPointerObfuscation) {
objc_debug_taggedpointer_obfuscator = 0;
}
//在iOS12之后造烁，對(duì)小對(duì)象進(jìn)行了混淆，通過(guò)與操作+_OBJC_TAG_MASK混淆
else {
// Pull random data into the variable, then shift away all non-payload bits.
arc4random_buf(&objc_debug_taggedpointer_obfuscator,
sizeof(objc_debug_taggedpointer_obfuscator));
objc_debug_taggedpointer_obfuscator &= ~_OBJC_TAG_MASK;
}
}
在實(shí)現(xiàn)中午笛，我們可以看出惭蟋，在iOS12之后，Tagged Pointer采用了混淆處理药磺，如下所示
step2: 我們可以在源碼中通過(guò)objc_debug_taggedpointer_obfuscator查找taggedPointer的編碼和解碼告组，來(lái)查看底層是如何混淆處理的
//編碼
static inline void * _Nonnull
_objc_encodeTaggedPointer(uintptr_t ptr)
{
return (void *)(objc_debug_taggedpointer_obfuscator ^ ptr);
}
//編碼
static inline uintptr_t
_objc_decodeTaggedPointer(const void * _Nullable ptr)
{
return (uintptr_t)ptr ^ objc_debug_taggedpointer_obfuscator;
通過(guò)實(shí)現(xiàn)，我們可以得知癌佩，在編碼和解碼部分木缝，經(jīng)過(guò)了兩層異或，其目的是得到小對(duì)象自己围辙，例如以 1010 0001為例我碟，假設(shè)mask為 0101 1000
1010 0001
^0101 1000 mask（編碼）
1111 1001
^0101 1000 mask（解碼）
1010 0001
所以在外界，為了獲取小對(duì)象的真實(shí)地址姚建，我們可以將解碼的源碼拷貝到外面矫俺，將NSString混淆部分進(jìn)行解碼，如下所示
觀察解碼后的小對(duì)象地址掸冤，其中的62表示b的ASCII碼厘托，再以NSNumber為例，同樣可以看出稿湿，1就是我們實(shí)際的值
到這里铅匹，我們驗(yàn)證了小對(duì)象指針地址中確實(shí)存儲(chǔ)了值，那么小對(duì)象地址高位其中的0xa饺藤、0xb又是什么含義呢包斑？
//NSString
0xa000000000000621
//NSNumber
0xb000000000000012
0xb000000000000025
需要去源碼中查看_objc_isTaggedPointer源碼流礁，主要是通過(guò)保留最高位的值（即64位的值），判斷是否等于_OBJC_TAG_MASK（即2^63）,來(lái)判斷是否是小對(duì)象
static inline bool
_objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr)
{
//等價(jià)于 ptr & 1左移63舰始，即2^63崇棠，相當(dāng)于除了64位，其他位都為0丸卷，即只是保留了最高位的值
return ((uintptr_t)ptr & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}
所以0xa赫模、0xb主要是用于判斷是否是小對(duì)象taggedpointer瓦糟，即判斷條件，判斷第64位上是否為1（taggedpointer指針地址即表示指針地址，也表示值）
-
0xa轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為1 010（64為為1贩疙，63~61后三位表示 tagType類型 - 2），表示NSString類型 -
0xb轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為1 011（64為為1梧喷，63~61后三位表示 tagType類型 - 3）贺归，表示NSNumber類型，這里需要注意一點(diǎn)住闯，如果NSNumber的值是-1瓜浸，其地址中的值是用補(bǔ)碼表示的
這里可以通過(guò)_objc_makeTaggedPointer方法的參數(shù)tag類型objc_tag_index_t進(jìn)入其枚舉，其中 2表示NSString比原，3表示NSNumber
同理插佛，我們可以定義一個(gè)NSDate對(duì)象，來(lái)驗(yàn)證其tagType是否為6量窘。通過(guò)打印結(jié)果雇寇，其地址高位是0xe，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為1 110蚌铜，排除64位的1锨侯，剩余的3位正好轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制是6，符合上面的枚舉值
Tagged Pointer 總結(jié)
Tagged Pointer小對(duì)象類型（用于存儲(chǔ)NSNumber冬殃、NSDate囚痴、小NSString），小對(duì)象指針不再是簡(jiǎn)單的地址造壮，而是地址 + 值渡讼，即真正的值，所以耳璧，實(shí)際上它不再是一個(gè)對(duì)象了成箫，它只是一個(gè)披著對(duì)象皮的普通變量而已。所以可以直接進(jìn)行讀取旨枯。優(yōu)點(diǎn)是占用空間小 節(jié)省內(nèi)存Tagged Pointer小對(duì)象不會(huì)進(jìn)入retain 和 release蹬昌，而是直接返回了，意味著不需要ARC進(jìn)行管理攀隔，所以可以直接被系統(tǒng)自主的釋放和回收Tagged Pointer的內(nèi)存并不存儲(chǔ)在堆中皂贩，而是在常量區(qū)中栖榨，也不需要malloc和free，所以可以直接讀取明刷，相比存儲(chǔ)在堆區(qū)的數(shù)據(jù)讀取婴栽，效率上快了3倍左右。創(chuàng)建的效率相比堆區(qū)快了近100倍左右所以辈末，綜合來(lái)說(shuō)愚争，
taggedPointer的內(nèi)存管理方案，比常規(guī)的內(nèi)存管理挤聘，要快很多Tagged Pointer的64位地址中轰枝，前4位代表類型，后4位主要適用于系統(tǒng)做一些處理组去，中間56位用于存儲(chǔ)值
優(yōu)化內(nèi)存建議：對(duì)于NSString來(lái)說(shuō)鞍陨，當(dāng)字符串較小時(shí)，建議直接通過(guò)@""初始化从隆，因?yàn)榇鎯?chǔ)在常量區(qū)诚撵，可以直接進(jìn)行讀取。會(huì)比WithFormat初始化方式更加快速
4. SideTables 散列表
當(dāng)引用計(jì)數(shù)存儲(chǔ)到一定值時(shí)键闺，并不會(huì)再存儲(chǔ)到Nonpointer_isa的位域的extra_rc中砾脑，而是會(huì)存儲(chǔ)到SideTables散列表中
注意： 這里是針對(duì)源碼objc781所講
下面我們就來(lái)繼續(xù)探索引用計(jì)數(shù)retain的底層實(shí)現(xiàn)
