Swift-循环强引用

最近项目使用的是OC，后头看之前用Swift开发的一个项目时，发现很多细节都忘记了😭😭。
为了回忆和以后方便查看，现在根据官方文档swift编程语言，做下笔记。

1、自动引用计数

当你每次创建一个类的新的实例的时候，ARC 会分配一块内存来储存该实例信息。内存中会包含实例的类型信息，以及这个实例所有相关的存储型属性的值。

此外，当实例不再被使用时，ARC 释放实例所占用的内存，并让释放的内存能挪作他用。这确保了不再被使用的实例，不会一直占用内存空间。

无论你将实例赋值给属性、常量或变量，它们都会创建此实例的强引用。之所以称之为“强”引用，是因为它会将实例牢牢地保持住，只要强引用还在，实例是不允许被销毁的。

class Person {
    let name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
        print("\(name) is being initialized")
    }
    deinit {
        print("\(name) is being deinitialized")
    }
}

接下来的代码片段定义了三个类型为Person?的变量，用来按照代码片段中的顺序，为新的Person实例建立多个引用。由于这些变量是被定义为可选类型（Person?，而不是Person），它们的值会被自动初始化为nil，目前还不会引用到Person类的实例。

var reference1: Person?
var reference2: Person?
var reference3: Person?

现在你可以创建Person类的新实例，并且将它赋值给三个变量中的一个

reference1 = Person(name: "John Appleseed")
// 打印 "John Appleseed is being initialized"

由于Person类的新实例被赋值给了reference1变量，所以reference1到Person类的新实例之间建立了一个强引用。正是因为这一个强引用，ARC 会保证Person实例被保持在内存中不被销毁。

如果你将同一个Person实例也赋值给其他两个变量，该实例又会多出两个强引用

reference2 = reference1
reference3 = reference1

现在这一个Person实例已经有三个强引用了

如果你通过给其中两个变量赋值nil的方式断开两个强引用（包括最先的那个强引用），只留下一个强引用，Person实例不会被销毁

reference1 = nil
reference2 = nil

第三个也就是最后一个强引用被断开时，ARC 会销毁它

reference3 = nil
// 打印 "John Appleseed is being deinitialized"

2、类实例之间的循环强引用

我们可能会写出一个类实例的强引用数永远不能变成0的代码。如果两个类实例互相持有对方的强引用，因而每个实例都让对方一直存在，就是这种情况。这就是所谓的循环强引用。

你可以通过定义类之间的关系为弱引用或无主引用，以替代强引用，从而解决循环强引用的问题。

下面展示了一个不经意产生循环强引用的例子。

class Person {
    let name: String
    init(name: String) { self.name = name }
    var apartment: Apartment?
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}

class Apartment {
    let unit: String
    init(unit: String) { self.unit = unit }
    var tenant: Person?
    deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
}

var john: Person?
var unit4A: Apartment?

john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")

john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

这两个实例关联后会产生一个循环强引用。Person实例现在有了一个指向Apartment实例的强引用，而Apartment实例也有了一个指向Person实例的强引用。因此，当你断开john和unit4A变量所持有的强引用时，引用计数并不会降为0，实例也不会被 ARC 销毁：

john = nil
unit4A = nil

当你把这两个变量设为nil时，没有任何一个析构函数被调用。循环强引用会一直阻止Person和Apartment类实例的销毁，这就在你的应用程序中造成了内存泄漏。

3、解决实例之间的循环强引用

Swift 提供了两种办法用来解决你在使用类的属性时所遇到的循环强引用问题：弱引用（weak reference）和无主引用（unowned reference）。
弱引用和无主引用允许循环引用中的一个实例引用而另外一个实例不保持强引用。这样实例能够互相引用而不产生循环强引用。

• 弱引用

弱引用不会对其引用的实例保持强引用，因而不会阻止 ARC 销毁被引用的实例。这个特性阻止了引用变为循环强引用。声明属性或者变量时，在前面加上weak关键字表明这是一个弱引用。

因为弱引用不会保持所引用的实例，即使引用存在，实例也有可能被销毁。因此，ARC 会在引用的实例被销毁后自动将其赋值为nil。并且因为弱引用可以允许它们的值在运行时被赋值为nil，所以它们会被定义为可选类型变量，而不是常量。

当 ARC 设置弱引用为nil时，属性观察不会被触发。

下面的例子跟上面Person和Apartment的例子一致，但是有一个重要的区别。这一次，Apartment的tenant属性被声明为弱引用：

class Person {
    let name: String
    init(name: String) { self.name = name }
    var apartment: Apartment?
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}

class Apartment {
    let unit: String
    init(unit: String) { self.unit = unit }
    weak var tenant: Person?
    deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
}

var john: Person?
var unit4A: Apartment?

john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")

john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

• 无主引用

和弱引用类似，无主引用不会牢牢保持住引用的实例。和弱引用不同的是，无主引用在其他实例有相同或者更长的生命周期时使用。你可以在声明属性或者变量时，在前面加上关键字unowned表示这是一个无主引用。

无主引用通常都被期望拥有值, 绝对不会变为nil。不过 ARC 无法在实例被销毁后将无主引用设为nil，因为非可选类型的变量不允许被赋值为nil。

下面的例子定义了两个类，Customer和CreditCard，模拟了银行客户和客户的信用卡。这两个类中，每一个都将另外一个类的实例作为自身的属性。这种关系可能会造成循环强引用。

Customer和CreditCard之间的关系与前面弱引用例子中Apartment和Person的关系略微不同。在这个数据模型中，一个客户可能有或者没有信用卡，但是一张信用卡总是关联着一个客户。为了表示这种关系，Customer类有一个可选类型的card属性，但是CreditCard类有一个非可选类型的customer属性。

此外，只能通过将一个number值和customer实例传递给CreditCard构造函数的方式来创建CreditCard实例。这样可以确保当创建CreditCard实例时总是有一个customer实例与之关联。

由于信用卡总是关联着一个客户，因此将customer属性定义为无主引用，用以避免循环强引用：

class Customer {
    let name: String
    var card: CreditCard?
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}

class CreditCard {
    let number: UInt64
    unowned let customer: Customer
    init(number: UInt64, customer: Customer) {
        self.number = number
        self.customer = customer
    }
    deinit { print("Card #\(number) is being deinitialized") }
}

var john: Customer?

现在你可以创建Customer类的实例，用它初始化CreditCard实例，并将新创建的CreditCard实例赋值为客户的card属性：

john = Customer(name: "John Appleseed")
john!.card = CreditCard(number: 1234_5678_9012_3456, customer: john!)

Customer实例持有对CreditCard实例的强引用，而CreditCard实例持有对Customer实例的无主引用。
由于customer的无主引用，当你断开john变量持有的强引用时，再也没有指向Customer实例的强引用了：

由于再也没有指向Customer实例的强引用，该实例被销毁了。其后，再也没有指向CreditCard实例的强引用，该实例也随之被销毁了。

john = nil
// 打印 "John Appleseed is being deinitialized"
// 打印 "Card #1234567890123456 is being deinitialized"

• 无主引用以及隐式解析可选属性

上面弱引用和无主引用的例子涵盖了两种常用的需要打破循环强引用的场景。
1、Person和Apartment的例子展示了两个属性的值都允许为nil，并会潜在的产生循环强引用。这种场景最适合用弱引用来解决。
2、Customer和CreditCard的例子展示了一个属性的值允许为nil，而另一个属性的值不允许为nil，这也可能会产生循环强引用。这种场景最适合通过无主引用来解决。

存在着第三种场景，两个属性都必须有值，并且初始化完成后永远不会为nil。在这种场景中，需要一个类使用无主属性，而另外一个类使用隐式解析可选属性。

下面的例子定义了两个类，Country和City，每个类将另外一个类的实例保存为属性。在这个模型中，每个国家必须有首都，每个城市必须属于一个国家。为了实现这种关系，Country类拥有一个capitalCity属性，而City类有一个country属性

class Country {
    let name: String
    var capitalCity: City!
    init(name: String, capitalName: String) {
        self.name = name
        self.capitalCity = City(name: capitalName, country: self)
    }
}

class City {
    let name: String
    unowned let country: Country
    init(name: String, country: Country) {
        self.name = name
        self.country = country
    }
}

Country的构造函数调用了City的构造函数。然而，只有Country的实例完全初始化后，Country的构造函数才能把self传给City的构造函数。

为了满足这种需求，通过在类型结尾处加上感叹号（City!）的方式，将Country的capitalCity属性声明为隐式解析可选类型的属性。这意味着像其他可选类型一样，capitalCity属性的默认值为nil，但是不需要展开它的值就能访问它。

由于capitalCity默认值为nil，一旦Country的实例在构造函数中给name属性赋值后，整个初始化过程就完成了。这意味着一旦name属性被赋值后，Country的构造函数就能引用并传递隐式的self。Country的构造函数在赋值capitalCity时，就能将self作为参数传递给City的构造函数。

以上的意义在于你可以通过一条语句同时创建Country和City的实例，而不产生循环强引用，并且capitalCity的属性能被直接访问，而不需要通过感叹号来展开它的可选值：

var country = Country(name: "Canada", capitalName: "Ottawa")
print("\(country.name)'s capital city is called \(country.capitalCity.name)")
// 打印 "Canada's capital city is called Ottawa"

4、闭包引起的循环强引用

环强引用还会发生在当你将一个闭包赋值给类实例的某个属性，并且这个闭包体中又使用了这个类实例时。

5、解决闭包引起的循环强引用

在定义闭包时同时定义捕获列表作为闭包的一部分，通过这种方式可以解决闭包和类实例之间的循环强引用。捕获列表定义了闭包体内捕获一个或者多个引用类型的规则。跟解决两个类实例间的循环强引用一样，声明每个捕获的引用为弱引用或无主引用，而不是强引用。应当根据代码关系来决定使用弱引用还是无主引用。
注意Swift 有如下要求：只要在闭包内使用self的成员，就要用self.someProperty或者self.someMethod()（而不只是someProperty或someMethod()）。这提醒你可能会一不小心就捕获了self。

• 定义捕获列表

捕获列表中的每一项都由一对元素组成，一个元素是weak或unowned关键字，另一个元素是类实例的引用（例如self）或初始化过的变量（如delegate = self.delegate!）。这些项在方括号中用逗号分开。

如果闭包有参数列表和返回类型，把捕获列表放在它们前面：

lazy var someClosure: (Int, String) -> String = {
    [unowned self, weak delegate = self.delegate!] (index: Int, stringToProcess: String) -> String in
    // 这里是闭包的函数体
}

如果闭包没有指明参数列表或者返回类型，即它们会通过上下文推断，那么可以把捕获列表和关键字in放在闭包最开始的地方：

lazy var someClosure: Void -> String = {
    [unowned self, weak delegate = self.delegate!] in
    // 这里是闭包的函数体
}

• 弱引用和无主引用

在闭包和捕获的实例总是互相引用并且总是同时销毁时，将闭包内的捕获定义为无主引用。

相反的，在被捕获的引用可能会变为nil时，将闭包内的捕获定义为弱引用。弱引用总是可选类型，并且当引用的实例被销毁后，弱引用的值会自动置为nil。这使我们可以在闭包体内检查它们是否存在。

如果被捕获的引用绝对不会变为nil，应该用无主引用，而不是弱引用。