2019 iOS面试题-----内存管理、自动释放池与循环引用

• 内存布局
• 内存管理方案
• MRC（手动引用计数）和ARC(自动引用计数)
• 循环引用

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一、内存布局

image.png

• 栈(stack):方法调用
• 堆(heap):通过alloc等分配的对象
• 未初始化数据(bss):未初始化的全局变量等
• 已初始化数据(data):已初始化的全局变量等
• 代码段(text):程序代码

二、内存管理方案

• taggedPointer ：存储小对象如NSNumber。
• NONPOINTER_ISA:在64位架构下，isa指针是占64比特位的，实际上只有30多位就已经够用了，为了提高利用率，剩余的比特位存储了内存管理的相关内容。
• 散列表：复杂的数据结构，包括了引用计数表和弱引用表
  通过SideTables()结构来实现的，SideTables()结构下，有很多SideTable的数据结构。
  而sideTable当中包含了自旋锁，引用计数表，弱引用表。
  SideTables()实际上是一个哈希表，通过对象的地址来计算该对象的引用计数在哪个sideTable中。

自旋锁：

• 自旋锁是“忙等”的锁。
• 适用于轻量访问。

引用计数表和弱引用表实际是一个哈希表，来提高查找效率。

三、MRC（手动引用计数）和ARC(自动引用计数)

1、MRC：alloc，retain，release，retainCount,autorelease,dealloc

2、ARC：

• ARC是LLVM和Runtime协作的结果
• ARC禁止手动调用retain，release，retainCount,autorelease关键字
• ARC新增weak，strong关键字

3、引用计数管理：

• alloc: 经过一系列函数调用，最终调用了calloc函数，这里并没有设置引用计数为1
• retain: 经过两次哈希查找，找到其对应引用计数值，然后将引用计数加1(实际是加偏移量)
• release：和retain相反，经过两次哈希查找，找到其对应引用计数值，然后将引用计数减1
• dealloc: image.png

4、弱引用管理：

• 添加weak变量:通过哈希算法位置查找添加。如果查找对应位置中已经有了当前对象所对应的弱引用数组，就把新的弱引用变量添加到数组当中；如果没有，就创建一个弱引用数组，并将该弱引用变量添加到该数组中。
• 当一个被weak修饰的对象被释放后，weak对象怎么处理的？
  清除weak变量，同时设置指向为nil。当对象被dealloc释放后，在dealloc的内部实现中，会调用弱引用清除的相关函数，会根据当前对象指针查找弱引用表，找到当前对象所对应的弱引用数组，将数组中的所有弱引用指针都置为nil。

5、自动释放池：

在当次runloop将要结束的时候调用objc_autoreleasePoolPop，并push进来一个新的AutoreleasePool

AutoreleasePoolPage是以栈为结点通过双向链表的形式组合而成，是和线程一一对应的。
内部属性有parent，child对应前后两个结点，thread对应线程 ，next指针指向栈中下一个可填充的位置。

• AutoreleasePool实现原理？

编译器会将 @autoreleasepool {} 改写为：

void * ctx = objc_autoreleasePoolPush;
    {}
objc_autoreleasePoolPop(ctx);

• objc_autoreleasePoolPush：
  把当前next位置置为nil，即哨兵对象,然后next指针指向下一个可入栈位置，
  AutoreleasePool的多层嵌套，即每次objc_autoreleasePoolPush，实际上是不断地向栈中插入哨兵对象。
• objc_autoreleasePoolPop:
  根据传入的哨兵对象找到对应位置。
  给上次push操作之后添加的对象依次发送release消息。
  回退next指针到正确的位置。

四、循环引用

循环引用的实质：多个对象相互之间有强引用，不能释放让系统回收。

如何解决循环引用？

1、避免产生循环引用，通常是将 strong 引用改为 weak 引用。
比如在修饰属性时用weak
在block内调用对象方法时，使用其弱引用，这里可以使用两个宏

#define WS(weakSelf)            __weak __typeof(&*self)weakSelf = self; // 弱引用

#define ST(strongSelf)          __strong __typeof(&*self)strongSelf = weakSelf; //使用这个要先声明weakSelf

还可以使用__block来修饰变量
在MRC下，__block不会增加其引用计数，避免了循环引用
在ARC下，__block修饰对象会被强引用，无法避免循环引用，需要手动解除。

2、在合适时机去手动断开循环引用。
通常我们使用第一种。

循环引用场景：

• 自循环引用
  对象强持有的属性同时持有该对象

• 相互循环引用

  
  image.png

• 多循环引用

  
  image.png

1、代理(delegate)循环引用属于相互循环引用

delegate 是iOS中开发中比较常遇到的循环引用，一般在声明delegate的时候都要使用弱引用 weak,或者assign,当然怎么选择使用assign还是weak，MRC的话只能用assign，在ARC的情况下最好使用weak，因为weak修饰的变量在释放后自动指向nil，防止野指针存在

2、NSTimer循环引用属于相互循环使用

在控制器内，创建NSTimer作为其属性，由于定时器创建后也会强引用该控制器对象，那么该对象和定时器就相互循环引用了。
如何解决呢？
这里我们可以使用手动断开循环引用：
如果是不重复定时器，在回调方法里将定时器invalidate并置为nil即可。
如果是重复定时器，一般会在控制器的dealloc方法里将其invalidate并置为nil即可

3、block循环引用

一个简单的例子：

@property (copy, nonatomic) dispatch_block_t myBlock;
@property (copy, nonatomic) NSString *blockString;

- (void)testBlock {
    self.myBlock = ^() {
        NSLog(@"%@",self.blockString);
    };
}

由于block会对block中的对象进行持有操作,就相当于持有了其中的对象，而如果此时block中的对象又持有了该block，则会造成循环引用。
解决方案就是使用__weak修饰self即可

__weak typeof(self) weakSelf = self;

self.myBlock = ^() {
        NSLog(@"%@",weakSelf.blockString);
 };

• 并不是所有block都会造成循环引用。
  只有被强引用了的block才会产生循环引用
  而比如dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{}),[UIView animateWithDuration:1 animations:^{}]这些系统方法等
  或者block并不是其属性而是临时变量,即栈block

[self testWithBlock:^{
    NSLog(@"%@",self);
}];

- (void)testWithBlock:(dispatch_block_t)block {
    block();
}

还有一种场景，在block执行开始时self对象还未被释放，而执行过程中，self被释放了，由于是用weak修饰的，那么weakSelf也被释放了，此时在block里访问weakSelf时，就可能会发生错误(向nil对象发消息并不会崩溃，但也没任何效果)。
对于这种场景，应该在block中对 对象使用__strong修饰，使得在block期间对 对象持有，block执行结束后，解除其持有。

__weak typeof(self) weakSelf = self;

self.myBlock = ^() {

        __strong __typeof(self) strongSelf = weakSelf;

        [strongSelf test];
 };