漫谈内存泄漏

前言

最近看了同事整理的一份与内存泄漏相关思维导图。突然想从内存泄漏的角度探讨一下与内存相关的话题。
什么是内存泄漏？然而我又问自己一个问题， malloc 的内存到底是什么？

什么是内存

在计算机系统中，我们谈论的内存通常是指DRAM 。

虚拟内存空间

而当我们程序在系统上运行起来时，操作系统为我们提供了一个假象，程序看起来是独占使用处理器、主存和I/O设备的。这种假象是通过进程的概念来实现的。

虚拟内存，也为进程提供一个假象，每个进程都独占地使用主存。每个进程看到的内存都是一致的，称为虚拟内存空间。

虚拟内存的能力：

• 使主存中只保存活动区域，根据需要在磁盘和主存之间来回传输数据。
• 为每个内存提供一致的地址空间。
• 保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。

一个 Linux 进程的虚拟内存.png

上图是一个 Linux 进程的虚拟内存。也就是说我们平时 malloc 得到的内存地址，其实是虚拟内存的地址。

动态内存分配

其实系统为我们提供了 mmap 和 munmap 函数来创建和删除虚拟内存的区域。但很多时候直到程序实际运行才知道某些数据结构的大小。所以就有了动态内存分配器。

动态内存分配器有两种基本类型：

• 显式分配器，需要显式释放。例如 C 和 C++ 。
• 隐式分配器，分配器检测已分配何时不再被程序所使用，那么就释放这个块。例如 Lisp、Java 等。

什么是内存泄漏

内存泄漏是常见的内存错误之一。我们知道 malloc 其实是从虚拟内存空间的堆中申请空闲的地址的。然而内存空间是有限的。程序在运行中 malloc 出来的内存空间使用完后，没有被 free 掉，这样我们就称之为内存泄漏。

ARC 机制

iOS 上，不论是 Objective-C 还是 Swift 都是使用引用计数式的内存管理方式。
ARC 就是 Automatic Reference Counting， 其实 ARC 很简单，我们只需要弄清楚对象之间的持有关系。

举个简单的例子：

场景一

self.textField.text = @"Sim";

下图简单的描述了，这段代码对象之间的持有关系。 self.textField.text 持有着 @"Sim"。@"Sim" 对象的 retainCount = 1。

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self.textField.text = @"SimCai";

这时，对象 @"Sim" 不再被 self.textField.text 持有，所以 @"Sim" 对象的 retainCount = 0，对象会被释放掉。

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场景二

self.textField.text = @"Sim";
NSString *firstName = self.textField.text;

这段代码，@"Sim" 对象被 firstName 和 self.textField.text 同时持有。所以 @"Sim" 对象的 retainCount = 2 。

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self.textField.text = @"SimCai";

这时 self.textField.text 不再持有 @"Sim" 对象，但是 firstName 依然持有 @"Sim" ，所以 @"Sim" 的 retainCount = 1 ，不会被释放。

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直到 firstName 也不再持有 @"Sim" 对象，@"Sim" 才会被释放。

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循环引用

ARC 整套机制看起来很简单，但会不会有什么特例，会造成内存无法被正常释放呢？
有，循环引用。

ViewController 持有 TableView，同时 TableView 也持有 ViewController 。 他们相互有引用关系。这就是循环引用。

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为了打破这种引用的循环。我们可以通过 weak （弱引用） 来解决这个问题。

一般情况下，ViewController 是会被个 UINavigationController 所持有。如果 TableView 也持有 ViewController ，这时 ViewController 的 retainCount = 2。

而我们对 self.vc 使用了 weak 后，self.vc = ViewController ，这样的操作，不再会导致 retainCount 加1 。 这时 ViewController 依然还是 retainCount = 1。

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而当 ViewController 被释放后 self.vc 建会指向 nil 。当然在这个例子，在 ViewController 释放后，TableView 自然也会别释放。

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但在一些场景下使用 weak 需要比较注意的。例如，一个全局的定时器，如果持有了 ViewController 是弱引用。 那当 ViewController 被释放后，定时器再去访问 ViewController 就将引起 crash 。

常见的内存泄漏场景

• 使用时 block (需要格外小心)
• NSTimer 没有销毁
• KVO 没有移除
• NSNotification 没有移除

当了解了 ARC 后，再我看来这些本质都是循环引用问题(当然还有一些 CF 的API，还是需要手动内存管理的)。

• block 会捕获变量
• NSTimer 需要持有对象，进行通知回调
• KVO 需要持有对象，进行通知回调
• NSNotification 需要持有对象，进行通知回调

所以这些操作都容易造成内存泄漏。

要避免内存泄漏，更重要的是需要了解 ARC 的机制。实际上，可能造成内存泄漏的场景还有很多。

总结

• malloc 得到的内存地址，实际是虚拟内存空间中的堆地址。并不是实际的物理地址。
• 内存泄漏是指，内存资源没用了，但内存资源没被 free。（用完了，就别占着坑）
• 在 iOS ARC 时代，大部分内存泄漏问题，是由循环引用造成的。