總結(jié)自 美團(tuán)點(diǎn)評(píng)技術(shù)沙龍 Online 第4期

內(nèi)存管理的幾種方式

• 顯式內(nèi)存釋放（C：-free盏檐、C++：-delete）
  • 內(nèi)存可能被提前釋放，（懸停指針 dangling pointer）
  • 內(nèi)存永遠(yuǎn)無(wú)法釋放（內(nèi)存泄露）
• 基于引用計(jì)數(shù)（smart pointer、Objective-C）
• 垃圾回收（Java、C#）

MRC（Mannul Reference Counting）

也叫 MRR（Mannul Retain-Release）

• 嚴(yán)格遵守引用計(jì)數(shù)規(guī)則，保持 retain 和 release 之間的平衡
• 對(duì)象創(chuàng)建后音同，retain count 為1
• retain count 為正词爬，對(duì)象繼續(xù)存或
• retain count 降為0秃嗜，對(duì)象被銷毀

規(guī)則：

• 自己生成的對(duì)象，自己持有（alloc顿膨，allocWithZone:锅锨，copy，copyWithZone:恋沃，mutableCopy必搞，mutableCopyWithZone)
• 非自己生成的對(duì)象，自己也可以持有（retain）
• 不需要自己持有的對(duì)象囊咏，必須釋放它（release恕洲，autorelease）
• 非自己持有的對(duì)象無(wú)法釋放

MRC 循環(huán)引用（retain cycle）

對(duì)象間直接或間接相互持有引用，自己持有自己也算梅割。
解決方法：

• assign 修飾屬性霜第，需要的地方手動(dòng)置為 nil
• block 中的循環(huán)引用，使用 __block 修飾對(duì)象

MRC 釋放時(shí)機(jī)的問(wèn)題

有時(shí)在創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象之后户辞，無(wú)法確定在什么時(shí)候釋放泌类，比如一個(gè)方法要返回一個(gè)對(duì)象，那么在方法內(nèi)產(chǎn)生的 retain count 要在什么時(shí)候 release 是未知的底燎。

- (NSObject *)object
{
  NSObject *o = [[NSObject alloc] init]; // 生成對(duì)象刃榨，retain count +1
  //方法執(zhí)行完畢后要減去上面的 retain count，但是又不能在這里釋放
  //[o release]; 
  return o;
}

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題双仍，OC 引入了 Autorelease枢希。

Autorelease

延遲釋放對(duì)象。
方法：

• 手動(dòng)調(diào)用 autorelease 方法
• 工廠方法返回值是一般都是 autorelease 的

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
NSString *string;
char* cString = "Hello";
string = [NSString stringWithUTF8String:cString];
NSObject *obj = [[[NSObject alloc] init] autorelease];
[pool release];

autorelease 對(duì)象不會(huì)立即釋放朱沃，會(huì)被注冊(cè)到 autoreleasepool 中苞轿，在 pool 釋放時(shí)，pool 中的對(duì)象會(huì)自動(dòng)調(diào)用 release。

在 iOS 應(yīng)用程序的 main 函數(shù)中呕屎，由系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè) autoreleasepool让簿，在主線程的 Runloop 結(jié)束時(shí)會(huì)自動(dòng)釋放 autoreleasepool。

好處：減少內(nèi)存峰值

for (int i = 0; i < 100; i++) {
      NSError *error;
      NSString *fileContents = [NSString stringWithContentsOfURL:urlArray[i] encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
}

由于工廠方法生成的對(duì)象一般都是 autorelease 的秀睛，所以這里創(chuàng)建的100個(gè)都不會(huì)立即被釋放尔当，會(huì)等到 autoreleasepool 釋放時(shí)才會(huì)釋放，這樣的話蹂安，會(huì)真用很多內(nèi)存椭迎，造成內(nèi)存峰值飆升。
解決方法是將循環(huán)體的代碼放到 autoreleasepool 中田盈。

for (int i = 0; i < 100; i++) {
      NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
      NSError *error;
      NSString *fileContents = [NSString stringWithContentsOfURL:urlArray[i] encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
      [pool release];
}

這樣畜号，每次有工廠方法生成的 autorelease 對(duì)象都會(huì)被注冊(cè)到我們自己創(chuàng)建的 autreleasepool 中，在每次循環(huán)結(jié)束時(shí)釋放掉 autoreleasepool允瞧，同時(shí)也會(huì)是放掉 pool 中的 autorelease 對(duì)象简软。

相關(guān)點(diǎn)：

• Run loop 會(huì)在每次 loop 到尾部時(shí)銷毀 Autorelease pool。
• GCD 的 dispatched blocks 會(huì)在一個(gè) Autorelease Pool 的上下文中執(zhí)行述暂，這個(gè) Autorelease Pool 不時(shí)的就被銷毀了（依賴于實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)）痹升。NSOperationQueue 也類似。
• 其他線程則會(huì)各自對(duì)自己的 Autorelease Pool 的生命周期負(fù)責(zé)畦韭。

MRC 缺點(diǎn)

• 忘記釋放疼蛾，內(nèi)存泄露
• 提前釋放，懸停指針

為了解決這些問(wèn)題艺配，Apple 在 iOS4.3 之后引入 ARC察郁。iOS5.0 之后引入 weak。

ARC （Automatic Reference Counting）

ARC 是 OBjective-C 編譯器的特性转唉，而不是運(yùn)行時(shí)特性或者垃圾回收機(jī)制皮钠。ARC 所做的只不過(guò)是在代碼編譯時(shí)，由編譯子幫你自動(dòng)在合適的位置插入 retain/release 或 autorelease酝掩，所以本質(zhì)和 MRC 是一樣的鳞芙。

ARC 中可以 retain 的對(duì)象指針

• block 指針
• Objective-C 的對(duì)象指針
• 用 __attribute__((NSObject)) 標(biāo)記的對(duì)象

編譯器會(huì)在調(diào)用如下方法（方法族）時(shí)插入 retain

alloc、new期虾、copy原朝、mutableCopy、init

ARC 環(huán)境下的關(guān)鍵字

• __strong
  持有對(duì)象
• __weak
  不持有對(duì)象镶苞，對(duì)象沒(méi)有強(qiáng)引用時(shí)會(huì)置為 nil
• __unsafe_unretained
  不持有對(duì)象喳坠，對(duì)象沒(méi)有強(qiáng)引用時(shí)不會(huì)置為 nil
  可以在 C 結(jié)構(gòu)體里使用 OC 對(duì)象

struct x {
        // 這里如果使用__strong 或 __weak，編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)
        NSString __unsafe_unretained *s;
        int x;
}

• __autoreleaseing
  表明傳引用的參數(shù)(id *)在返回時(shí)是 autorelease 的
  效果等同 MRC 下的 autorelease 方法

for (int i = 0; i < 100; i++) {
        @autoreleasepool {
            id __autoreleaseing obj = [[NSObject alloc] init];
            NSError *error;
            // 實(shí)際上在 ARC 環(huán)境下茂蚓，工廠方法已經(jīng)不在返回 autorelease 對(duì)象了壕鹉。
            NSString *fileContents = [NSString stringWithContentsOfURL:urlArray[i] encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
        }
}

ARC 循環(huán)引用

• property: weak
• block：__weak剃幌，@weakify & @strongify

Core Foundation 的內(nèi)存管理

相關(guān)方法

CFRetain、CFRelease晾浴、CFAutorelease负乡、CCGetRetainCount

規(guī)則

• The Create - Rule
  含有"Create"、"Copy"的方法創(chuàng)建的對(duì)象脊凰，需要手動(dòng)釋放抖棘。

CFTimeZoneRef CFTimeZoneCreateWithTimeIntervalFromGMT(CFAllocator allocator, CFTimeInterval ti);
CFDictionaryRef CFTimeZoneCopyAbbreviationDictionary(void);
CFBundleRef CFBundleCreate(CFAllocator allocator, CFURLRef bundleURL);

• The Get - Rule
  不含有則不需要手動(dòng)釋放

CFStringRef CFAttributedStringGetString(CFAttributedStringRef aStr);

• Toll - Free Bridging
  • __bridge：只是聲明類型轉(zhuǎn)變，內(nèi)存管理所有權(quán)不變狸涌；
  • __bridge_retained：指針類型轉(zhuǎn)變切省，同時(shí)內(nèi)存管理所有權(quán)由 Objective-C 交由 Core Foundation 處理，即由 ARC 變?yōu)?MRC帕胆；
  • __bridge_transfer：指針類型轉(zhuǎn)變朝捆，同事內(nèi)存管理所有權(quán)由 Core Foundation 交由 Objective-C 處理，即 MRC 變?yōu)?ARC懒豹；

// NSString 轉(zhuǎn)為 CFString 芙盘，內(nèi)存管理所有權(quán)不變，依然是 ARC
CFStringRef s = (__bridge CFStringRef)[[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, %@!", name];

NSString *s1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, %@!", name];
// NSString 轉(zhuǎn)為 CFString歼捐，且內(nèi)存管理所有權(quán)改變何陆， ARC 變?yōu)?MRC
CFStringRef s2 = (__bridge_retained CFStringRef)s1;
// or CFStringRef s2 = (CFStringRef)CFBridgingRetain(s1);
...
// 手動(dòng)釋放
CFRelease(s2);

CFStringRef result = CFURLCreateStringByAddingPercentEscapes(...);
// CFString 轉(zhuǎn) NSString，內(nèi)存管理所有權(quán)改變豹储， MRC 變 ARC
NSStrig *s = (__bridge_transfer)result;
// or NSStrig *s = (NSString *)CFBridgingRelease(result);
// 雖然創(chuàng)建方法含有"Create"，但是無(wú)需手動(dòng)釋放
return s;

思考

1淘这、為什么 weak 變量會(huì)自動(dòng)置為 nil 剥扣？

OC 的運(yùn)行時(shí)在運(yùn)行期會(huì)維護(hù)一個(gè) weak 表（hash 表），會(huì)以對(duì)象（被 weak 指針指向的對(duì)象）的地址 作為key铝穷，以 weak 對(duì)象地址作為value钠怯，一個(gè)key可以注冊(cè)多個(gè)value。
如：__weak typeof(self) self_weak = self;
以 self 的地址作為 key曙聂，self_weak 的地址作為 value晦炊；

一個(gè) weak 對(duì)象引用計(jì)數(shù)變?yōu)?后的執(zhí)行過(guò)程：

• objc_release 此時(shí)引用計(jì)數(shù)變?yōu)?，執(zhí)行 dealloc
• _objc_rootDealloc
• object_dispose
• objc_destructInstance
• objc_clear_deallocating
  最后一個(gè)方法宁脊，會(huì)從 weak 表里獲取釋放對(duì)象的地址作為鍵值的所有記錄断国，將記錄里面 value 對(duì)應(yīng)的變量地址，賦值為 nil榆苞，然后刪除這條記錄稳衬。

2、AutoreleasePool 是怎么將 Autorelease 對(duì)象注冊(cè)到 pool 中和從 pool 中釋放坐漏？

注冊(cè)時(shí)會(huì)調(diào)用 push 方法薄疚，釋放時(shí)則會(huì)調(diào)用 pop 方法

void *objc_autoreleasePoolPush(void) {
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) {
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}

AutoreleasePool 類內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一個(gè)雙向鏈表碧信。

class AutoreleasePoolPage {
  magic_t const magic;
  id *next;
  pthread_t const thread;
  AutoreleasePoolPage *const parent; 
  AutoreleasePoolPage *child;
  uint32_t const depth;
  uint32_t const hiwat;
}

AutoreleasePool 有一個(gè)哨兵對(duì)象（POOL_SENTINEL）用來(lái)標(biāo)記嵌套關(guān)系，當(dāng)其中的一個(gè)對(duì)象釋放后遇到哨兵對(duì)象街夭，就意味著當(dāng)前的 AutoreleasePool 已經(jīng)釋放完畢了砰碴，接下來(lái)繼續(xù)釋放的對(duì)象就是另外一個(gè) AutoreleasePool 中的對(duì)象了。

3板丽、為什么 nonatomic 屬性會(huì)導(dǎo)致 crash 衣式？

在給一個(gè)屬性賦值時(shí)，運(yùn)行時(shí)執(zhí)行的代碼類似如下代碼：

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic)
{
    id oldValue;
    id *slot = (id *) ((char *)self + offset);
    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
    } else {
        spinlock_t & slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;
        slotlock.unlock();
    }
    objc_release(oldValue);
}

在最后會(huì)釋放舊值檐什，這時(shí)候就會(huì)存在問(wèn)題碴卧。在多線程情況下，nonatomic 屬性不是線程安全的乃正，所以會(huì)存在兩個(gè)線程同時(shí)修改屬性的情況住册，假設(shè)有兩個(gè)線程同時(shí)修改屬性，這兩個(gè)線程中的 oldValue 是指向同一塊內(nèi)存的瓮具，在線程1第一次釋放后荧飞，這塊內(nèi)存會(huì)被重新分配，此時(shí)線程2再次釋放名党，就會(huì)將新分配的變量釋放掉叹阔，之后若在別的地方用到了這個(gè)變量，就可能會(huì)發(fā)生 crash传睹。

4耳幢、Objective-C 里的數(shù)組，放進(jìn)去的元素都會(huì)被持有嗎欧啤？如果被數(shù)組持有睛藻，怎樣做一個(gè)不吃又元素的數(shù)組？

5邢隧、NSDictionary 的 key 和 value 的內(nèi)存語(yǔ)義是怎樣的店印？

6、在 ARC 環(huán)境下倒慧，函數(shù)的返回值已經(jīng)不再使用 Autorelease 機(jī)制了按摘，它是怎么實(shí)現(xiàn)的？但是如果調(diào)用方是 MRC 環(huán)境纫谅，ARC 下面的函數(shù)返回值會(huì)自動(dòng)啟動(dòng) Autorelease炫贤，這又是怎么實(shí)現(xiàn)的？

7系宜、Toll-Free Bridging 是怎么實(shí)現(xiàn)的照激？什么樣的 Core Foundation 和 Foundation 對(duì)象才能做到 Toll-Free Bridging？

8盹牧、如果一個(gè)對(duì)象持有一個(gè) block俩垃，在 block 里面使用到了對(duì)象的一個(gè)實(shí)例變量励幼，會(huì)形成循環(huán)引用嗎？如果以一個(gè)臨時(shí)變量引用實(shí)例變量口柳，在 block 中使用這個(gè)臨時(shí)變量又會(huì)怎樣苹粟？

9、對(duì)象的引用計(jì)數(shù)存在對(duì)象的內(nèi)存布局里還是全局的引用計(jì)數(shù)變里跃闹？為什么嵌削？?jī)煞N方式各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

Q&A

1. 靜態(tài)分析工具：Xcode望艺、sonar

相關(guān)參考資料

• 《Objective-C 高級(jí)編程 iOS 與 OS X 多線程和內(nèi)存管理》
• 《垃圾回收算法手冊(cè)》
• Objective-C Automatic Reference Counting (ARC)
• Advanced Memory Management Programming Guide
• Transitioning to ARC Release Notes
• Memory Management Programming Guide for Core Foundation
• 自動(dòng)釋放池的前世今生 ---- 深入解析 autoreleasepool