Swift 引用計數(shù)實現(xiàn)

ARC

內(nèi)存管理與所有權的概念緊密相關坠敷。所有權會決定哪些代碼會造成對象被銷毀[1]。

自動引用計數(shù)（ARC）屬于Swift的所有權系統(tǒng)射富，它規(guī)定了一組用于管理和轉(zhuǎn)讓所有權的約定膝迎。

可以指向?qū)ο蟮淖兞縿e名叫做引用。Swift引用具有兩個強度級別：強和弱胰耗。此外限次，弱引用包含無主引用和弱引用。

Swift內(nèi)存管理的本質(zhì)是：如果一個對象被強引用指向柴灯，Swift會保留它卖漫，否則將其釋放。剩下的只是實現(xiàn)細節(jié)赠群。

理解Strong, Weak 和 Unowned 將深入研究如何在編譯器級別實現(xiàn)ARC羊始，以及每個Swift對象在銷毀之前要經(jīng)歷的步驟

ARC機制在Swift Runtime庫中聲明。它包含了諸如運行時類型系統(tǒng)之類的核心功能查描，例如：動態(tài)轉(zhuǎn)換突委，泛型和協(xié)議一致性注冊[3]柏卤。

Swift Runtime 使用HeapObject結構體表示每個動態(tài)分配的對象。它包含構成Swift對象的所有數(shù)據(jù)：引用計數(shù)和類型元數(shù)據(jù)匀油。

HeapObject中每個Swift對象都有三個引用計數(shù)：每種引用都有一個。在SIL生成階段，swiftc編譯器會在適當?shù)牡胤讲迦雜wift_retain和swift_release函數(shù)橡类。這是通過攔截HeapObject的初始化和銷毀來完成的笼蛛。

如果您是Objective-C老程序員，并且想知道autorelease在哪里弛车，可以告訴你：純Swift對象沒有這個東西齐媒。

Side Tables介紹

Side tables是實現(xiàn)Swift弱引用的核心。

大多數(shù)情況帅韧，對象沒有任何“弱”引用里初，因此為每個對象中的弱引用計數(shù)保留存儲空間是浪費的。此信息存儲在外部的 side table中忽舟，只有在確實需要時才會分配双妨。

弱引用變量不是直接指向?qū)ο螅侵赶騭ide table叮阅，而side table又指向?qū)ο蟮笃贰＿@解決了兩個問題：為弱引用計數(shù)節(jié)省內(nèi)存，直到對象真正需要它才創(chuàng)建浩姥；允許安全地將弱引用歸零挑随，因為它不會直接指向?qū)ο螅⑶也辉偈蔷箲B(tài)條件的主體勒叠。

當兩個線程競爭同一資源時兜挨，如果對資源的訪問順序敏感，就稱存在競態(tài)條件眯分。

Side table只包含一個引用計數(shù) 和一個對象的指針拌汇。它們在Swift Runtime 中聲明如下（C ++ 代碼）[5]：

classHeapObjectSideTableEntry{

std::atomic<HeapObject*> object;

SideTableRefCounts refCounts;

// Operations to increment and decrement reference counts

}

Swift對象生命周期

swift 對象生命周期.png

在Live狀態(tài)時，對象處于活動狀態(tài)弊决。其引用計數(shù)被初始化為 strong：1噪舀， unown：1和 weak：1（side table從+1開始）。一旦有弱引用指向?qū)ο笃銜?chuàng)建side table与倡。弱引用指向side table而不是對象。

一旦強引用計數(shù)達到零昆稿，則對象從Live狀態(tài)進入Deiniting狀態(tài)纺座。處于Deiniting狀態(tài)表示deinit正在進行中。在這一點上貌嫡，強引用操作無效比驻。如果存在關聯(lián)的side table该溯，通過弱引用訪問將返回nil。通過unowned訪問將觸發(fā)斷言失敗别惦。通過新的unowned引用仍然可以存儲狈茉。從此狀態(tài)開始，可能選擇兩條分支：

快速判斷如果沒有weak掸掸，unowned的引用和side table氯庆。該對象將轉(zhuǎn)換為Dead狀態(tài)，并立即從內(nèi)存中刪除扰付。
否則堤撵，對象將變?yōu)镈einited狀態(tài)。
在Deinited狀態(tài)下羽莺，deinit已經(jīng)執(zhí)行完成实昨，該對象還有未完成的unown引用（至少是初始值：1）。此時盐固，通過強和弱引用進行存儲和讀取無法發(fā)生荒给。Unowned引用存儲也不會發(fā)生。通過Unown讀取會觸發(fā)斷言錯誤刁卜。該對象可以從此處進入兩條分支：
如果沒有弱引用志电，則可以立即釋放該對象。它過渡到Dead狀態(tài)蛔趴。
否則挑辆，仍然有一個side table要移除，并且對象進入Freed狀態(tài)孝情。
在Freed狀態(tài)之前鱼蝉，對象已完全釋放，但它的 side table仍處于活動狀態(tài)箫荡。在此階段蚀乔，弱引用計數(shù)將置0，并且 side table會被銷毀菲茬。對象將轉(zhuǎn)換為最終狀態(tài)。

除指向?qū)ο蟮闹羔樛馀伤海贒ead狀態(tài)下對象已被全部銷毀婉弹。指向“HeapObject”的指針也從堆中釋放出來，在內(nèi)存中找不到該對象的任何痕跡终吼。

引用計數(shù)不變量

在對象的生命周期中镀赌，保持以下不變量：

當強引用計數(shù)變?yōu)榱銜r，對象將被deinited际跪。無主引用訪問會引發(fā)斷言錯誤商佛，弱引用訪問會返回nil喉钢。
無主引用第一次創(chuàng)建會造成強引用計數(shù)+1，在對象的deinit完成后良姆，遞減肠虽。
弱引用第一次創(chuàng)建會造成無主引用計數(shù)+1。當對象從內(nèi)存釋放后玛追，遞減税课。
總結
自動引用計數(shù)并不是什么神奇的東西，我們對它越了解痊剖，我們的代碼就越不容易出現(xiàn)內(nèi)存管理錯誤韩玩。這里是要記住的幾個關鍵點：

弱引用指針指向side table。無主和強引用指針指向?qū)ο蟆?br> 自動引用計數(shù)是在編譯器級別實現(xiàn)的陆馁。swiftc編譯器會在適當?shù)臅r候插入swift_retain 和swift_release找颓。
Swift對象不會立即銷毀。它們在生命周期中經(jīng)歷了五個階段：live -> deiniting -> deinited -> freed -> dead

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