iOS 自动释放池原理
简介
AutoreleasePool（自动释放池）是OC中的一种内存自动回收机制，它可以延迟加入AutoreleasePool中的变量release的时机。在正常情况下，创建的变量会在超出其作用域的时候release，但是如果将变量加入AutoreleasePool，那么release将延迟执行。
@autoreleasepool实现本质
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
我们使用clang的命令将OC代码重写成C++的实现:
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m
编译成C++的代码，可以看到首先创建了__AtAutoreleasePool类型的变量
int main(int argc, char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
return UIApplicationMain(argc, argv, __null, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("AppDelegate"), sel_registerName("class"))));
}
}
__AtAutoreleasePool 实际是C++定义的一个结构体，在内部首先执行objc_autoreleasePoolPush()，然后在调用objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj)。这两个函数具体含义已经在代码中做了注释。
struct __AtAutoreleasePool {
**构造函数，在创建结构体时调用**
__AtAutoreleasePool() {
atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
}
**析构函数，在结构体销毁的时候调用**
~__AtAutoreleasePool() {
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
}
void * atautoreleasepoolobj;
};
也就是说，我们在main.m中@autoreleasepool{}中的代码在底层实际是下面这个样子：
**OC实现**
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
-----------------------------------------------------------------------
**转成C++实现**
{
atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
//atautoreleasepoolobj对象释放，调用西沟方法
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
AutoreleasePoolPage
在源码objc4-750中的 NSObject.mm 中可以看出，objc_autoreleasePoolPush()函数内调用了AutoreleasePoolPage的push()方法，objc_autoreleasePoolPop()则调用了AutoreleasePoolPage的pop方法。
也就是说，调用了autorelease的对象，对象中都是由 AutoreleasePoolPage 对象来管理的。
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
return AutoreleasePoolPage::push();
}
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
我们从源码中截取AutoreleasePoolPage的部分源码来分析AutoreleasePoolPage对象：
class AutoreleasePoolPage
{
magic_t const magic;
id *next; **下一个存储autorelease对象的地址**
pthread_t const thread;
AutoreleasePoolPage * const parent; **父节点**
AutoreleasePoolPage *child; **子节点**
uint32_t const depth;
uint32_t hiwat;
}
一个AutoreleasePoolPage对象占用 4096 字节的内存，除了存放自己内部的变量以外，剩下的内存空间就用来存放autorelease对象的地址。
所有的AutoreleasePoolPage对象都是以栈为节点通过双向链表的形式连接在一起
AutoreleasePool是由多个AutoreleasePoolPage对象组成的，以双向链表的形式组成，AutoreleasePoolPage中的parent指针指向上一个AutoreleasePoolPage对象，child指针指向下一个AutoreleasePoolPage对象。下面用一张图来简单概括一下结构：
image.png
AutoreleasePoolPage管理autorelease的的对象过程
AutoreleasePoolPage对象中的id *next指针则指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域。
我们上文讲到，objc_autoreleasePoolPush() 函数内调用了 AutoreleasePoolPage 的 push() 方法，当调用push()方法时，push()方法内部会将一个POOL_BOUNDARY哨兵入栈，并且返回其存放的内存地址，然后next指针会指向POOL_BOUNDARY后面的第一个内存地址。当有autorelease对象入栈时，会存放在next指针指向的内存空间，然后next指针会指向存入的autorelease对象地址后面的内存空间。
image.png
如果当前的AutoreleasePoolPage已经存放满了，就会创建新的AutoreleasePoolPage对象，用来存放autorelease对象。
当自动释放池结束时，会通过调用objc_autoreleasePoolPop()函数，然后调用AutoreleasePoolPage的pop方法，在pop方法内部会通过next指针找到最后一个入栈的autorelease对象开始发送release消息进行释放，直到找到POOL_BOUNDARY为止，这样就完成自动释放池结束时，释放池里面的autorelease对象能够全部被释放。
至此我们就分析完了自动释放池的工作流程，现在我们回过头来，从源码看一下当调用autorelease时，底层做了哪些操作
**autorelease 函数内部实现**
- (id)autorelease {
return ((id)self)->rootAutorelease();
}
rootAutorelease 函数内部实现
id _objc_rootAutorelease(id obj)
{
assert(obj);
return obj->rootAutorelease();
}
inline id
objc_object::rootAutorelease()
{
if (isTaggedPointer()) return (id)this;
if (prepareOptimizedReturn(ReturnAtPlus1)) return (id)this;
return rootAutorelease2();
}
rootAutorelease2 函数内部实现
id objc_object::rootAutorelease2()
{
assert(!isTaggedPointer());
return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}
AutoreleasePoolPage 对象的autorelease 函数实现
public:
static inline id autorelease(id obj)
{
assert(obj);
assert(!obj->isTaggedPointer());
id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
assert(!dest || dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == obj);
return obj;
}
autoreleaseFast 函数内部实现
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
if (page && !page->full()) {
return page->add(obj);
} else if (page) {
return autoreleaseFullPage(obj, page);
} else {
return autoreleaseNoPage(obj);
}
}
通过源码追踪可以看到，当调用autorelease方法时，底层会调用rootAutorelease函数，然后调用 rootAutorelease2 函数，在 rootAutorelease2 函数内部会调用 AutoreleasePoolPage 对象的autorelease 方法。
而在 AutoreleasePoolPage 对象的 autorelease 方法内部最终会调用 autoreleaseFast 函数，在函数内部会将我们的 autorelease 对象添加到 AutoreleasePoolPage 中。
下面通过一个简单的Demo来理解AutoreleasePool自动释放池
首先关闭ARC，build Settings -> Objective-C Automatic Reference Counting 选择 NO
_objc_autoreleasePoolPrint() 函数用来查看自动释放池的具体情况
extern 关键字是用来声明系统内部的函数，编译器会自动去寻找这个函数的实现
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Person.h"
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *person1 = [[[Person alloc] init] autorelease];
Person *person2 = [[[Person alloc] init] autorelease];
@autoreleasepool {
Person *person3 = [[[Person alloc] init] autorelease];
@autoreleasepool {
Person *person4 = [[[Person alloc] init] autorelease];
_objc_autoreleasePoolPrint();
}
}
}
return 0;
}
image.png
通过打印，红色框备注的内容显示里面有7个对象，里面包括3个POOL_BOUNDARY哨兵对象和4个person对象。
因为每次 @autoreleasepool{} 一开始都会最终调用 AutoreleasePoolPage 的 push 方法，则每次都会入栈一个POOL_BOUNDARY哨兵对象用来标记 autoreleasepool 的起始位置。红色箭头标注的就分别是这3个POOL_BOUNDARY哨兵对象。
因为只有4个person对象，一个AutoreleasePoolPage足以存放，所以自动释放池中只有一个AutoreleasePoolPage对象，即图中的PAGE。
当然可以尝试在@autoreleasepool{}大括号中通过 for`循环的方式创建更多的对象，来分析一下自动释放池中一个 AutoreleasePoolPage 对象不足以存放 autorelease 对象的情况。
