内存管理
2020-08-25 本文已影响0人
鼬殿
CADisplayLink、NSTimer使用注意
@property (strong, nonatomic) CADisplayLink *link;
@property (strong, nonatomic) NSTimer *timer;
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// 保证调用频率和屏幕的刷帧频率一致，60FPS
self.link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(linkTest)];
[self.link addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerTest) userInfo:nil repeats:YES];
}
- (void)timerTest
{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)linkTest
{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)dealloc
{
NSLog(@"%s", __func__);
[self.link invalidate];
[self.timer invalidate];
}
CADisplayLink、NSTimer会对target产生强引用，如果target又对它们产生强引用，那么就会引发循环引用, dealloc方法并不会走
解决方案：
Timer用block方案
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
[weakSelf timerTest];
}];
timer对block强引用，block对self弱引用
使用代理对象（NSProxy）
self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:[NJFProxy proxyWithTarget:self] selector:@selector(timerTest) userInfo:nil repeats:YES];
@interface NJFProxy : NSProxy
+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target;
@property (weak, nonatomic) id target;
@end
@implementation NJFProxy
+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target
{
// NSProxy对象不需要调用init，因为它本来就没有init方法
NJFProxy *proxy = [NJFProxy alloc];
proxy.target = target;
return proxy;
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel
{
return [self.target methodSignatureForSelector:sel];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
[invocation invokeWithTarget:self.target];
}
@end
GCD定时器
NSTimer依赖于RunLoop，如果RunLoop的任务过于繁重，可能会导致NSTimer不准时
GCD定时器不受RunLoop约束
@interface NJFTimer : NSObject
+ (NSString *)execTask:(void(^)(void))task
start:(NSTimeInterval)start
interval:(NSTimeInterval)interval
repeats:(BOOL)repeats
async:(BOOL)async;
+ (NSString *)execTask:(id)target
selector:(SEL)selector
start:(NSTimeInterval)start
interval:(NSTimeInterval)interval
repeats:(BOOL)repeats
async:(BOOL)async;
+ (void)cancelTask:(NSString *)name;
@end
@implementation NJFTimer
static NSMutableDictionary *timers_;
dispatch_semaphore_t semaphore_;
+ (void)initialize
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
timers_ = [NSMutableDictionary dictionary];
semaphore_ = dispatch_semaphore_create(1);
});
}
+ (NSString *)execTask:(void (^)(void))task start:(NSTimeInterval)start interval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats async:(BOOL)async
{
if (!task || start < 0 || (interval <= 0 && repeats)) return nil;
// 队列
dispatch_queue_t queue = async ? dispatch_get_global_queue(0, 0) : dispatch_get_main_queue();
// 创建定时器
dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
// 设置时间
dispatch_source_set_timer(timer,
dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, start * NSEC_PER_SEC),
interval * NSEC_PER_SEC, 0);
dispatch_semaphore_wait(semaphore_, DISPATCH_TIME_FOREVER);
// 定时器的唯一标识
NSString *name = [NSString stringWithFormat:@"%zd", timers_.count];
// 存放到字典中
timers_[name] = timer;
dispatch_semaphore_signal(semaphore_);
// 设置回调
dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
task();
if (!repeats) { // 不重复的任务
[self cancelTask:name];
}
});
// 启动定时器
dispatch_resume(timer);
return name;
}
+ (NSString *)execTask:(id)target selector:(SEL)selector start:(NSTimeInterval)start interval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats async:(BOOL)async
{
if (!target || !selector) return nil;
return [self execTask:^{
if ([target respondsToSelector:selector]) {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Warc-performSelector-leaks"
[target performSelector:selector];
#pragma clang diagnostic pop
}
} start:start interval:interval repeats:repeats async:async];
}
+ (void)cancelTask:(NSString *)name
{
if (name.length == 0) return;
dispatch_semaphore_wait(semaphore_, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_source_t timer = timers_[name];
if (timer) {
dispatch_source_cancel(timer);
[timers_ removeObjectForKey:name];
}
dispatch_semaphore_signal(semaphore_);
}
@end
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 = @"123"
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
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
如何判断一个指针是否为Tagged Pointer？
static inline bool
_objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr)
{
return ((uintptr_t)ptr & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}
#if (TARGET_OS_OSX || TARGET_OS_IOSMAC) && __x86_64__
// 64-bit Mac - tag bit is LSB
# define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 0
#else
// Everything else - tag bit is MSB
# define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 1
#endif
#if OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS
如果是iOS平台, 最高有效位是1（第64bit, 使用高位优先规则 MSB)
# define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#else
如果是mac平台, 最低有效位是1(低位优先规则 LSB)
# define _OBJC_TAG_MASK 1UL
#endif
面试题
思考以下2段代码能发生什么事？有什么区别？
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
// 加锁
self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
// 解锁
});
}
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
dispatch_async(queue, ^{
self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
});
}
先看如下代码执行结果(ios项目)
NSString *str1 = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
NSLog(@"%@ %@", [str1 class], [str2 class]);
NSLog(@"%p %p", str1,str2);
__NSCFString NSTaggedPointerString
0x28129d540 0xf5ad71b08c1d52a1
str1内存地址很明显不够64位，高位补0 & 1 = 0，最高位不是1，所以不是Tagged Pointer，是OC对象
str2内存地址从右往左，第16位是f, 换算成二进制就是0b1111,最高位1 & 1 = 1，所以是Tagged Pointer，不是OC对象
self.name会调用如下代码，由于是异步全局并发队列，所以会有多条线程执行release操作，会造成EXC_BAD_ACCESS，坏内存访问
- (void)setName:(NSString *)name
{
if (_name != name) {
[_name release];
_name = [name retain];
}
}
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，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
-
内存管理的经验总结
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
想拥有某个对象，就让它的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让它的引用计数-1 -
可以通过以下私有函数来查看自动释放池的情况
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);
copy和mutableCopy
1、浅拷贝
浅拷贝就是对内存地址的复制，让目标对象指针和源对象指向同一片内存空间，当内存销毁的时候，指向这片内存的几个指针需要重新定义才可以使用，要不然会成为野指针。
image
浅拷贝就是拷贝指向原来对象的指针，使原对象的引用计数+1，可以理解为创建了一个指向原对象的新指针而已，并没有创建一个全新的对象
2、深拷贝
深拷贝是指拷贝对象的具体内容，而内存地址是自主分配的，拷贝结束之后，两个对象虽然存的值是相同的，但是内存地址不一样，两个对象也互不影响，互不干涉。
image
深拷贝就是拷贝出和原来仅仅是值一样，但是内存地址完全不一样的新的对象，创建后和原对象没有任何关系
深拷贝就是内容拷贝，浅拷贝就是指针拷贝
No1：可变对象的
copy和mutableCopy方法都是深拷贝（区别完全深拷贝与单层深拷贝）
No2：不可变对象的copy方法是浅拷贝，mutableCopy方法是深拷贝。
No3：copy方法返回的对象都是不可变对象。
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，也可能存储在SideTable类中
inline uintptr_t
objc_object::rootRetainCount()
{
if (isTaggedPointer()) return (uintptr_t)this;
sidetable_lock();
isa_t bits = LoadExclusive(&isa.bits);
ClearExclusive(&isa.bits);
if (bits.nonpointer) {//优化过的isa
uintptr_t rc = 1 + bits.extra_rc;
if (bits.has_sidetable_rc) {//引用计数不是储存在isa中，而是储存在sidetable中
rc += sidetable_getExtraRC_nolock();
}
sidetable_unlock();
return rc;
}
sidetable_unlock();
return sidetable_retainCount();
}
struct SideTable {
spinlock_t slock;
*******************************
refcnts是一个存放着对象引用计数的散列表
*******************************
RefcountMap refcnts;
*************************************
弱引用表，当前对象的内存地址作为key，指向该对象的弱引用指针作为value
*************************************
weak_table_t weak_table;
....
};
dealloc
当一个对象要释放时，会自动调用dealloc
- (void)dealloc {
_objc_rootDealloc(self);
}
inline void
objc_object::rootDealloc()
{
if (isTaggedPointer()) return; // fixme necessary?
if (fastpath(isa.nonpointer &&
!isa.weakly_referenced &&
!isa.has_assoc &&
!isa.has_cxx_dtor &&
!isa.has_sidetable_rc))
{
assert(!sidetable_present());
free(this);
}
else {
object_dispose((id)this);
}
}
id
object_dispose(id obj)
{
if (!obj) return nil;
objc_destructInstance(obj);
free(obj);
return nil;
}
void *objc_destructInstance(id obj)
{
if (obj) {
// Read all of the flags at once for performance.
bool cxx = obj->hasCxxDtor();
bool assoc = obj->hasAssociatedObjects();
// This order is important.
if (cxx) object_cxxDestruct(obj);//清除成员变量
if (assoc) _object_remove_assocations(obj);//清除关联对象
*************************************
将指向当前的对象的弱指针置为nil
*************************************
obj->clearDeallocating();
}
return obj;
}
inline void
objc_object::clearDeallocating()
{
if (slowpath(!isa.nonpointer)) {
// Slow path for raw pointer isa.
sidetable_clearDeallocating();
}
else if (slowpath(isa.weakly_referenced || isa.has_sidetable_rc)) {
// Slow path for non-pointer isa with weak refs and/or side table data.
clearDeallocating_slow();
}
assert(!sidetable_present());
}
......
自动释放池
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
源码分析
@autoreleasepool { }
转为C++底层源码
__AtAutoreleasePool __autoreleasepool
声明了一个__AtAutoreleasePool类型的局部变量
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {//构造函数，在创建结构体的时候调用
atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
}
~__AtAutoreleasePool() {//// 析构函数，在结构体销毁的时候调用
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
}
void * atautoreleasepoolobj;
};
源码https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
return AutoreleasePoolPage::push();
}
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
static inline void *push()
{
id *dest;
//判断是否是debug 环境
if (slowpath(DebugPoolAllocation)) {
// Each autorelease pool starts on a new pool page.
dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
} else {
dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
}
ASSERT(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
return dest;
}
AutoreleasePoolPage的结构
class AutoreleasePoolPage : private AutoreleasePoolPageData{
}
struct AutoreleasePoolPageData
{
magic_t const magic; 16 检查结构体完整性
__unsafe_unretained id *next; 8 next指针，指向最新添加的 autoreleased 对象的下个位置
pthread_t const thread; 8 指向当前线程 用来取出自动释放池
AutoreleasePoolPage * const parent; 8 指向父结点，第一个结点的 parent 值为nil
AutoreleasePoolPage *child; 8 指向子结点，最后一个结点的 child 值为nil
uint32_t const depth; 4 深度 链表链层的深度 从0开始，往后递增1
uint32_t hiwat; 4 最大入栈数量
.....
}; 56个字节
- 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
- 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
POOL_BOUNDARY 边界（哨兵对象），每创建一个@autoreleasepool { } 就会创建一个POOL_BOUNDARY
示例
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool { // r1 = push()
NSObject *obj1 = [[[NSObject alloc] init] autorelease];
NSObject *obj2 = [[[NSObject alloc] init] autorelease];
@autoreleasepool { // r2 = push()
for (int i = 0; i < 3; i++) {
NSObject *obj3 = [[[NSObject alloc] init] autorelease];
}
@autoreleasepool { // r3 = push()
NSObject *obj4 = [[[NSObject alloc] init] autorelease];
_objc_autoreleasePoolPrint();
} // pop(r3)
} // pop(r2)
} // pop(r1)
return 0;
}
objc[1602]: ##############
objc[1602]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000d2dc0
objc[1602]: 9 releases pending.
objc[1602]: [0x10100b000] ................ PAGE (hot) (cold)
objc[1602]: [0x10100b038] ################ POOL 0x10100b038
objc[1602]: [0x10100b040] 0x10066e1f0 NSObject
objc[1602]: [0x10100b048] 0x10066d5d0 NSObject
objc[1602]: [0x10100b050] ################ POOL 0x10100b050
objc[1602]: [0x10100b058] 0x10066d140 NSObject
objc[1602]: [0x10100b060] 0x10066c8d0 NSObject
objc[1602]: [0x10100b068] 0x100666de0 NSObject
objc[1602]: [0x10100b070] ################ POOL 0x10100b070
objc[1602]: [0x10100b078] 0x100665f50 NSObject
objc[1602]: ##############
Program ended with exit code: 0
每页AutoreleasePoolPage可以容纳(4096 - 56)/8 = 505 个对象，第一页会加入一个特殊的对象边界。也就是说第一页可以加 504个自己的对象，之后的都是505个。
Runloop和Autorelease
MRC环境
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()
监听了kCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()
ARC环境
出了方法后，ARC会对方法里的局部对象调用release，对象会被立即释放
