谈谈ARC下的内存管理

2016-06-23 本文已影响855人我系哆啦

什么是ARC

ARC(Automatic Reference Counting)，自动引用计数，是从OX X Lion 和iOS5引入的内存管理技术。在Objective-C中采用ARC机制，让编译器来进行内存管理，在ARC有效的状态下，用户无需再次键入retain或者release代码，这在降低程序奔溃、内存泄漏等风险的同时，很大程序上减少了开发程序的工作量。编译器能立刻释放那些不再被使用的对象。知其然还需知其所以然，本篇文章主要为了简单介绍iOS开发中的内存管理以及一些提高内存管理的方法。

内存管理/引用计数

Objective-C中的内存管理，也就是引用计数，其机制可以简单用办公室的灯光的开关来介绍。假设办公室里的照明设备只有一个，上班的人进入办公室，打开灯光，离开办公室的人，不需要照明了，要把灯关掉。如何管理灯光的开关，保证有人的时候办公室的灯光是打开的，所有人都离开的时候灯光是关闭的呢，为了判断是否还有人在办公室，这里引入计数功能来计算“需要照明的人数”，那么实现该功能的机制如下：

第一个人进入办公室，“需要照明的人数”加1，计数值从0变为1，因此要开灯；
之后每当有人进入办公室，“需要照明的人数”就加1，如，计数值从1变成2；
每当有人下班离开办公室，“需要照明的人数”就减1，如，计数值从2变成1；
最后一个人下班离开办公室是，“需要照明的人数”减1.计数值从1变成0，因此需要关灯。

这就是引用计数的基本原理了，对照照明设备所做的动作和Objective-C 对象的动作如图一所示。

图一.png

内存管理的思考方式

其实不管是ARC还是非ARC，内存管理的思考方式都是一样的：

自己生成的对象，自己持有。
非自己生成的对象，自己也能持有。
自己持有的对象不再需要时释放。
非自己持有的对象无法释放。

对象操作与Objective-C方法的对应如图二：

图二.png

#########非ARC下的理解

自己生成的对象，自己持有
使用以下名称开头的方法名意味着自己生成的对象只有自己持有：alloc、new、copy、mutableCopy。
<pre> id obj = [[NSObject alloc] init];//自己生成并持有对象。</pre>
非自己生成的对象，自己也能持有
使用alloc、new、copy、mutableCopy之外的方法取得的对象，属于非自己生成的对象。
<pre>
id obj = [NSMutableArray array]; //取得对象的存在，但自己并不持有对象
[obj retain]; //自己持有对象
</pre>
自己持有的对象不再需要时释放
自己持有的对象不再需要时，持有者有义务释放该对象，释放使用release方法。
<pre>
//自己生成并持有的对象使用 release就行了
id obj = [NSObject alloc] init]; //自己生成并持有对象
[obj release]; //释放对象

//非自己生成并持有的对象，若用retain变为自己持有，也同样可以用release方法释放
id obj = [NSMutableArray array]; //取得对象的存在，但自己并不持有对象
[obj retain]; //自己持有对象
[obj release]; //释放对象
</pre>

非自己持有的对象无法释放
对于用alloc、new、copy、mutableCopy方法生成并持有的对象，或是用retain方法持有的对象，由于持有者是自己，所以在不需要该对象时需要将其释放。而由此以外所得到的对象，不能再释放。
<pre>
id obj = [NSObject alloc] init];
[obj release];
[obj release]; //释放之后再次释放已非自己持有的对象，应用程序奔溃0
id obj = [NSMutableArray array];
[obj release]; //释放了非自己生成并持有的对象，应用程序奔溃
</pre>

autorelease

在进入ARC的内存管理之前有必要讲一下autorelease。顾名思义，autorelease就是自动释放，类似于C语言中的自动变量(程序执行时，若某自动变量超出其作用域，该自动变量将被自动废弃)。
<pre>
{
int a;
} //因为超出变量作用域，自动变量 “int a” 被废弃，不可再访问
</pre>

autorelease 会像C语言的自动变量那样来对待对象实例。当超出其作用域时，对象实例的release实例方法被调用。autorelease的具体使用方法如下：

生成并持有NSAutoreleasePool对象；
调用已分配对象的autorelease实例方法；
废弃NSAutoreleasePool对象。
<pre>
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj autorelease]；
[pool drain];//对于所有调用过autorelease实例方法的对象，在废弃NSAutoreleasePool 对象时，都将自动调用release方法。
</pre>

强势插入一个常见iOS面试题目。不手动指定autoreleasepool的前提下，一个autorealese对象在什么时刻释放？

上面是经常面试的一道题目，其实主要就是两点：1，手动干预释放时机--指定autoreleasepool 就是所谓的：当前作用域大括号结束时释放。2，系统自动去释放--不手动指定autoreleasepool（当前的 runloop 迭代结束时释放）。

再强势插入一个NSAutoreleasePool的实用范例

在大量产生autorelease对象时，只要不废弃NSAutoreleasePool对象，那么生成的对象就不能被释放，因此，有时候会产生内存飙升导致内存不足的现象。典型的例子就是读入大量图像的同时改变其尺寸（比如循环压缩），图像文件读入到NSData对象，从中生成UIImage对象，改变对象尺寸后生成新的UIImage对象，这种情况下，就会大量产生autorelease对象。
<pre>
for(int i = 0；i < 图像数；i++){
//读入图像，大量产生autorelease对象，由于没有废弃NSAutoreleasePool对象，导致内存激增
}
</pre>

在此情况下，我们可以在适当的地方生成、持有或者废弃NSAutoreleasePool对象。改进后的方法能显著减少内存占用（ARC有效的情况下也可以用，用@autoreleasepool()代替手动生成释放NSAutoreleasePool对象即可）。
<pre>
for(int i = 0；i < 图像数；i++){
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
//读入大量图像，大量产生autorelease对象
[pool drain]; //通过释放NSAutoreleasePool对象，autorelease的对象被一起release
}
</pre>

ARC规则

ARC有效时，对象类型上必须附加所有权修饰符。所有权修饰符一共有4种：

__strong 修饰符
__weak 修饰符
__unsafe_unretained 修饰符
__autoreleasing 修饰符

__strong 修饰符

__strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符。id和对象类型在没有明确指定所有权修饰符时，，默认为__strong。例如，下面两段代码是相同的效果：
<pre>
id obj = [[NSObject alloc] init];
id __strong obj = [[NSObject alloc] init];
</pre>

__strong修饰符表示对对象的强引用。持有强引用的变量在超出其作用域时被废弃，随着强引用的失效，引用的对象会随之释放。
<pre>
{
//自己生成并持有对象
id __strong obj = [[NSObject alloc] init];
} // 因为变量obj超出其作用域，强引用失效，所以自动释放自己持有的对象，对象的所有者不存在，因此废弃该对象
</pre>
当然，不仅仅适用于自己生成并持有的对象，非自己生成并持有的对象也适用，附有__strong修饰符的变量可以相互赋值，在赋值上也能够正确的管理其对象的所有者。
通过__strong修饰符，不必要再次键入retain和release，完美的满足了“内存管理的思考方式”。

__weak 修饰符

看起来通过__strong修饰符就能完美地进行内存管理，但是实际上，仅用__strong就可能会出现引用计数式内存管理中存在的“循环引用”问题。__weak 修饰符就是为了解决循环引用的问题，__weak 修饰符与__strong相反，提供弱引用。弱引用不能持有对象实例。

<pre>
{
//自己生成并持有对象
id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init]; //obj0为强引用，所以自己持有对象
id __weak obj1 = obj0; //obj1变量持有生成对象的弱引用
} // 因为变量obj0超出其作用域，强引用失效，所以自动释放自己持有的对象，对象的所有者不存在，因此废弃该对象
</pre>

__weak修饰符还有一个优点，在持有某对象的弱引用时，若该对象被废弃，则此弱引用将自动失效且处于nil被赋值的状态。

__unsafe_unretained 修饰符

__unsafe_unretained 修饰符，正如其名，是不安全的所有权修饰符。尽管ARC式的内存管理是编译器的工作，但附有__unsafe_unretained 修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象。

<pre>
id __unsafe_unretained obj1 = nil;
{
id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init]; //obj0为强引用，所以自己持有对象

obj1 = obj0; //虽然obj0变量赋值给obj1，但是obj1变量既不持有对象的强引用也不持有弱引用
NSLog(@"A: %@",obj1); //输出obj1变量表示的对象

}//因为obj0变量超出其作用域，强引用失效，所以自动释放自己持有的对象，因为对象无持有者，所以废弃该对象
NSLog(@"B: %@",obj1); //输出obj1变量表示的对象 obj1变量表示的对象已经被废弃（悬垂指针），错误访问
</pre>

在使用__unsafe_unretained修饰符时，赋值给附有__strong修饰符的变量必须确保被赋值的对象却是存在。在iOS4 以后，苹果开始用__weak替代了__unsafe_unretained。

__autoreleasing 修饰符

虽然ARC不能直接使用autorelease，但实际上，ARC有效时autorelease功能是其起作用的。

ARC无效的时候用法如下：
<pre>
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj autorelease];
[pool drain];
</pre>

ARC有效的时候用法就改成下面这样了：
<pre>
@autoreleasepool {
id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
}
</pre>
指定@autoreleasepool快来代替NSAutoreleasePool类对象生成、持有以及废弃。

NSRunLoop等实现不论ARC有效还是无效，均能够随时释放注册到autorelease中的对象。

ARC有效下的一些规则：

不能使用retain、release、retain、ratainCount、autorelease
不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject
必须遵守内存管理的方法命名规则
不要显示调用dealloc
使用@autoreleasepool代替NSAutoreleasePool
不能使用区域（NSZone）
对象型变量不能作为C语言结构体的成员
显示转换id和void*
id型或对象型变量赋值给void* 或者逆向赋值都需要进行特定的转换，如果只想单纯的赋值，则可以使用”__bridge 转换“。

属性

ARC有效的时候的属性和所有权修饰符对应的关系如图三所示。