Objective-C高级编程读书笔记之内存管理
Objective-C高级编程
iOS与OS X多线程和内存管理
Objective-C高级编程读书笔记三部曲已经写完, 另外两篇如下 :
Objective-C高级编程读书笔记之blocks
Objective-C高级编程读书笔记之GCD
自动引用计数(ARC, Automatic Reference Counting)
目录
- 什么是自动引用计数
- 内存管理的思考方式
- autorelease
- 所有权修饰符介绍
- ARC规则
- ARC实现(所有权修饰符作用详解)
- 如何获取引用计数值
- 总结
1. 什么是自动引用计数
编译器自动帮你在合适的地方插入retain/release代码, 不用你手动输入.
2. 内存管理的思考方式
- 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.
- 不再需要自己持有对象时释放.
- 非自己持有的对象无法释放.
| 对象操作 | Objective-C方法 |
|---|---|
| 生成并持有对象 | alloc/new/copy/mutableCopy等方法 |
| 持有对象 | retain方法 |
| 释放对象 | release方法 |
| 废弃对象 | dealloc方法 |
非自己生成的对象, 自己也能持有
如 :
<pre>
id obj = [NSMutableArray array]; // 取得对象存在, 但自己并不持有对象
[obj retain]; // 自己持有对象
</pre>
不再需要自己持有对象时释放
如 :
<pre>
id obj = [[NSObject alloc] init]; // 自己持有对象
[obj autorelease]; // 取得的对象存在, 但自己不持有对象
</pre>
无法释放非自己持有的对象
如 :
<pre>
id obj = [NSMutableArray array]; // 取得对象存在, 但自己并不持有对象
[obj release]; // 释放了非自己持有的对象!会导致应用程序崩溃
</pre>
永远不要去释放非自己持有的对象!
<pre>
- 在Objective-C的对象中存有引用计数这一整数值
- 调用alloc/retain方法后, 引用计数+1
- 调用release后, 引用计数-1
- 引用计数为0时, 调用dealloc废弃对象
</pre>
GNUstep将引用计数保存在对象占用内存块头部的结构体(struct obj_layout)变量(retained)中, 而苹果的实现则是采用散列表(引用计数表)来管理引用计数.
GNUstep的好处 :
- 少量代码即可完成.
- 能够统一管理引用计数用内存块与对象用内存块.
苹果的好处 :
- 对象用内存块的分配无需考虑内存块头部.
- 引用计数表各记录中存有内存块地址, 可从各个记录追溯到各对象的内存块.
3. autorelease
每一个RunLoop对应一个线程, 每个线程维护一个autoreleasepool.
RunLoop开始 -> 创建autoreleasepool -> 线程处理事件循环 -> 废弃autoreleasepool -> RunLoop结束 -> 等待下一个Loop开始
可以用以下函数来打印AutoreleasePoolPage的情况
<pre>
// 函数声明
extern void _objc_autoreleasePoolPrint();
// autoreleasepool 调试用输出开始
_objc_autoreleasePoolPrint();
</pre>
NSAutoreleasePool类的autorelease方法已被重载, 因此调用NSAutoreleasePool对象的autorelease会报错.
4. 所有权修饰符
- __strong
- __weak
- __unsafe_unretained
- __autoreleasing
__strong
ARC中, id及其他对象默认就是__strong修饰符修饰
MRC中, 使用__strong修饰符, 不必再次键入retain/release. 持有强引用的变量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.
__weak
解决循环引用问题. 并且弱引用的对象被废弃时, 则此弱引用将自动失效并等于nil
通过__weak变量访问对象实际上必定是访问注册到autoreleasepool的对象, 因为该修饰符只持有对象的弱引用, 在访问对象的过程中, 该对象可能被废弃, 如果把要访问的对象注册到autoreleasepool中, 那么在block结束之前都能确保该对象存在.
__unsafe_unretained
不安全的修饰符, 附有该修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象. 该修饰符与__weak一样, 是弱引用, 并不能持有对象.并且访问该修饰符的变量时如果不能确保其确实存在, 则应用程序会崩溃!
__autoreleasing
对象赋值给__autoreleasing修饰的变量相当于MRC下手动调用autorelease方法.可理解为, ARC下用@autoreleasepool block代替NSAutoreleasePool类, 用__autoreleasing修饰符的变量代替autorelease方法.
但是, 显式使用__autoreleasing修饰符跟__strong一样罕见,
ps : id的指针或者对象的指针会被隐式附上__autoreleasing修饰符, 如 :
id *obj == id __autoreleasing *obj;
NSObject **obj == NSObject * __autoreleasing *obj;
编译器特性
编译器会检查方法名是否以alloc/new/copy/mutableCopy开始, 如果不是则自动将返回值对象注册到autoreleasepool(init方法返回值对象不注册到autoreleasepool), 详情见下面ARC规则之<须遵循内存管理的方法命名规则>
5. ARC规则
- 不能使用retain/release/retainCount/autorelease
- 不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject
- 须遵循内存管理的方法命名规则
- 不要显式调用dealloc(即不能手动调用的dealloc方法, 可以重载)
- 使用@autoreleasepool block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(struct/union)的成员
- 显式转换"id"和"void *"
不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject
alloc实现实际上是通过直接调用NSAllocateObject函数来生成并持有对象, ARC下禁止使用NSAllocateObject函数与NSDeallocateObject函数.
须遵循内存管理的方法命名规则
只有作为alloc/new/copy/mutableCopy方法的返回值取得对象,才能自己生成并持有对象, 其余情况均为"取得非自己生成并持有的对象"..以下为ARC下编译器偷偷帮我们实现的事.
<pre>
-
(Person *)newPerson {
Person *person = [[Person alloc] init];
return person;
/* 该方法以new开始, 所以直接返回对象本身, 无需调用autorelease */
} -
(Person *)onePerson {
Person *person = [[Person alloc] init];
return person;
/* 该方法不以alloc/new/copy/mutableCopy开始, 所以返回的是[person autorelease] */
}
-
(void)doSomething {
Person *personOne = [Person newPerson];
// ...
Person *personTwo = [Person onePerson];
// .../* 当方法结束时, ARC会自动插入[personOne release]. <想想是为什么?> */
}
</pre>
ARC下还有一条命名规则
- init
以init名称开始的方法必须是实例方法(对象方法), 并且要返回对象, 返回的对象不注册到autoreleasepool上. 实际上只是对alloc方法返回值的对象做初始化处理并返回该对象.
不能使用区域(NSZone)
在现在的运行时系统中, NSZone已被忽视
显式转换 id 和 void *
- __bridge转换
- __bridge_retained转换
- __bridge_transfer转换
__bridge转换
单纯地转换, 不安全.
<pre>
id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p = (__bridge void *)obj;
id o = (__bridge id)p;
</pre>
__bridge_retained转换
可使要转换赋值的变量也持有所赋值的对象, 即
<pre>
id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p = (__bridge_retained void *)obj;
// 相当于加上 [(id)p retain];
</pre>
则obj与p同时持有该对象
__bridge_transfer转换
与__bridge_retained相反, 被转换的变量所持有的对象在该变量被赋值给转换目标变量后随之释放.
<pre>
id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p = (__bridge_transfer void *)obj;
// 相当于加上 [(id)p retain]; [obj release];
</pre>
小结
__ bridge_retained转换与retain类似, __ bridge_transfer转换与release类似. 该两种转换多用于Foundation对象与Core Foundation对象之间的转换
属性
<pre> @property (nonatomic, strong) NSString *name; </pre>
在ARC下, 以下可作为这种属性声明中使用的属性来用.
| 属性声明的属性 | 所有权修饰符 |
|---|---|
| assign | __unsafe_unretained修饰符 |
| copy | __strong修饰符(但是赋值的是被复制的对象) |
| retain | __strong修饰符 |
| strong | __strong修饰符 |
| unsafe_unretained | __unsafe_unretained修饰符 |
| weak | __weak修饰符 |
以上各种属性赋值给指定的属性中就相当于赋值给附加各属性对应的所有权修饰符的变量中.
6. ARC实现
ARC是由编译器+运行时库共同完成的.
__strong修饰符
<pre>
{
id __strong obj = [[NSObject alloc] init];
}
可转换为以下代码
id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
objc_msgSend(obj, @selector(init));
objc_release(obj);
</pre>
<pre>
{
id __strong obj = [NSMutableArray array];
}
可转换为以下代码
id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(array));
objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
objc_release(obj);
</pre>
objc_retainAutoreleasedReturnValue函数主要用于最优化程序运行. 它是用来持有返回注册在autoreleasepool中对象的方法.这个函数是成对的, 另外一个objc_autoreleaseReturnValue函数则用于alloc/new/copy/mutableCopy方法以外的类方法返回对象的实现上, 如下 :
<pre>
- (id)array
{
return [[NSMutableArray alloc] init];
}
可转换为以下代码 - (id)array
{
id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(alloc));
objc_msgSend(obj, @selector(init));
return objc_autoreleaseReturnValue(obj);
}
</pre>
那么objc_autoreleaseReturnValue函数和objc_retainAutoreleasedReturnValue函数有什么用?
省略autoreleasepool注册
可以这样来总结 :
如果编译器检测到调用autorelease之后又紧接着调用retain的话, 就省略掉autorelease方法的调用. 通过objc_autoreleaseReturnValue函数和objc_retainAutoreleasedReturnValue函数将对象直接传递, 忽略掉多余的操作, 优化程序.
__weak修饰符
- 若附有__weak修饰符的变量所引用的对象被废弃, 则将nil赋值给该变量.
- 使用附有__weak修饰符的变量, 即是使用注册到autoreleasepool中的对象.
<pre>
{
id __weak obj1 = obj;
}
可转换为以下代码
id obj1;
objc_initWeak(&obj1, obj);
objc_destroyWeak(&obj1);
也可转换为以下代码
id obj1;
obj1 = 0;
objc_storeWeak(&obj1, obj);
objc_storeWeak(&obj1, 0);
</pre>
访问__weak变量时, 相当于访问注册到autoreleasepool的对象
<pre>
{
id __weak obj1 = obj;
NSLog(@"%@", obj1);
}
可转换为以下代码
id obj1;
objc_initWeak(&obj1, obj);
id tmp = objc_loadWeakRetained(&obj1);
objc_autorelease(tmp);
NSLog(@"%@", tmp);
objc_destroyWeak(&obj1);
// objc_loadWeakRetained函数取出附有__weak修饰符变量所引用对象并retain
</pre>
需要注意的是, 通过__weak变量访问所引用的对象几次, 对象就被注册到autoreleasepool里几次. (将附有__weak修饰符的变量赋值给附有__strong修饰符的变量后再使用可避免此问题)
__autoreleasing修饰符
将对象赋值给附有__autoreleasing修饰符的变量等同于MRC下调用对象的autorelease方法.
<pre>
@autoreleasepool{
id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
}
可转换为以下代码
id pool = objc_autoreleasePoolPush();
id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
objc_msgSend(obj, @selector(init));
objc_autorelease(obj);
objc_autoreleasePoolPop(pool);
</pre>
那么调用alloc/new/copy/mutableCopy以外的方法会怎样呢?
<pre>
@autoreleasepool{
id __autoreleasing obj = [NSMutableArray array];
}
可转换为以下代码
id pool = objc_autoreleasePoolPush();
id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(array));
objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
objc_autorelease(obj);
objc_autoreleasePoolPop(pool);
</pre>
可见注册autorelease的方法没有改变, 仍是objc_autorelease函数
7. 如何获取引用计数值
获取引用数值的函数
uinptr_t _objc_rootRetainCount(id obj)
- (NSUInteger)retainCount;
该方法返回的引用计数不一定准确, 因为有时系统会优化对象的释放行为, 在保留计数为1的时候就把它回收. 所以你用这个方法打印出来的引用计数可能永远不会出现0. 我们不应该根据retainCount来调试程序!!
8. 总结
我们现在的工程几乎都运行在ARC下, 所以大部分内存管理代码都不需要我们自己写, 而由编译器帮我们搞定. 所以在ARC下我们只需要知道怎样不要去破坏这个生态即可
- 避免循环引用(使用__weak修饰符)
- 遵循ARC方法命名规则
- 适时清空指针(赋值nil即可, 避免野指针错误)
- 如用到Core Foundation对象, 则在dealloc方法中释放
- 在dealloc方法中只释放引用并移除监听(不能在dealloc中开启异步任务)
- 对于内存开销较大的资源, 如file descriptor, socket, 大块内存等应在不需要使用的时候调用close方法释放掉而不是在dealloc中处理.
- 适当使用@autoreleasepool block来降低内存峰值(之前我写的一篇文章中有demo)
- 必要时开启"僵尸对象"调试内存管理问题
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