iOS中的内存管理
一、iOS程序的内部布局
iOS程序的内存布局
代码段：编译之后的代码
数据段：字符串常量：比如NSString *str = @"jack"
已初始化数据：已初始化的全局变量、静态变量等
未初始化数据：未初始化的全局变量、静态变量等
栈：函数调用开销，比如局部变量。分配的内存空间地址越来越小
堆：通过alloc、malloc、calloc等动态分配的空间，分配的内存空间地址越来越大
二、Tagged Pointer
从64bit开始，iOS引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储。
在没有使用Tagged Pointer之前，NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值。
使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中。
当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据。
objc_msgSend能够识别Tagged Pointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销。
三、OC对象的内存管理
在iOS中，使用引用计数来管理OC对象的内存。
一个新创建的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0时，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间。
调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1。
内存管理的原则：当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它。想要拥有某个对象，就让它的引用计数+1，不想再拥有某个对象时，就让它的引用计数-1。
引用计数的存储
在64bit中，引用计数可以直接存储在优化过的isa指针中。如下源码中，isa中的extra_rc占用了19个二进制位用来存储引用计数-1。
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19;
};
当这19个二进制位不够存储的时候，就会让isa中的has_sidetable_rc变为1，并将引用计数存储在SideTable类中。
//SideTable部分源码
struct SideTable {
spinlock_t slock;
RefcountMap refcnts;
weak_table_t weak_table;
}
我们先来看一下retainCount源码
//retainCount源码
- (NSUInteger)retainCount {
return ((id)self)->rootRetainCount();
}
objc_object::rootRetainCount()
{
if (isTaggedPointer()) return (uintptr_t)this;
sidetable_lock();
isa_t bits = LoadExclusive(&isa.bits);
ClearExclusive(&isa.bits);
if (bits.nonpointer) {
uintptr_t rc = 1 + bits.extra_rc;
if (bits.has_sidetable_rc) {
rc += sidetable_getExtraRC_nolock();
}
sidetable_unlock();
return rc;
}
sidetable_unlock();
return sidetable_retainCount();
}
在源码中可以看到，先是判断是否是一个Tagged Pointer，如果是，直接返回。如果不是，先是取出1+extra_ra，再去判断has_sidetable_rc是否为1，如果为1，再加等于sidetable中的数值。
objc_object::sidetable_getExtraRC_nolock()
{
assert(isa.nonpointer);
SideTable& table = SideTables()[this];
RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
if (it == table.refcnts.end()) return 0;
else return it->second >> SIDE_TABLE_RC_SHIFT;
}
refconts是一个存放着对象引用计数的散列表。
retain源码
- (id)retain {
return ((id)self)->rootRetain();
}
release
- (oneway void)release {
((id)self)->rootRelease();
}
copy和mutableCopy
copy和mutableCopy
自动释放池
我们知道，调用了autorelease的对象，会加入自动释放池中，在离开作用域的时候，自动释放池，会对加入自动释放池里面的对象进行一次realease操作。
这是表面上我们所看到的自动释放池。那么自动释放池的底层是怎么处理的呢？
自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage。调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的。
AutoreleasePoolPage
AutoreleasePoolPage的结构
每个AutoreleasePoolPage对象占用4096字节内存，除了用来存放它内部的成员变量，剩下的空间用来存放autorelease对象的地址。所有的AutoreleasePoolPage对象通过双向链表的形式连接在一起。
AutoreleasePoolPage
上面的id *next指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域。
调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈，并且返回其存放的内存地址。调用pop方法时传入一个POOL_BOUNDARY的内存地址，会从最后一个入栈的对象开始发送release消息，直到遇到这个POOL_BOUNDARY。
RunLoop和Autorelease
iOS在主线程的RunLoop中注册了2个Observer。第1个Observer监听了KCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()。
第2个Observer监听了KCFRunLoopBeforeWaiting事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush()。第2个Observer还监听了KCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()。
