ios内存管理

2021-12-13 本文已影响0人斐波那契程序员

ios采用引用计数管理对象的生命周期，开启指针优化后对象的引用计数器可能存在于isa结构体中，

CADisplayLink:类似于定时器，跟屏幕的刷新频率一致，也就是16ms一次，但是如果掉帧就不准了，用法：

    CADisplayLink *link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(test)];
    [link addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

注意点：会对target对象产生强引用，导致其无法释放。

NSTimer：定时器，多种用法，若使用以下用法也会对target产生强引用导致其无法释放。

    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:true];

如何解决以上强引用带来的内存无法释放的问题？

中间人代理模式proxy，NSProxy专门同来解决代理问题，让代理对象对当前对象产生弱引用，CADisplayLink和NSTimer对代理对象产生强引用，这样定时器就不会对当前对象产生强引用了。proxy定义如下：

@interface TargetProxy : NSProxy
+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target;
@property(nonatomic, weak)id target;
@end

@implementation TargetProxy
+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target
{
    //NSProxy类是不需要init方法的
    TargetProxy *proxy = [self alloc];
    proxy.target = target;
    return proxy;
}
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel
{
    return [self.target methodSignatureForSelector:sel];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
    [invocation invokeWithTarget:self.target];
}
@end

proxy用法如下：

    //CADisplayLink代理用法
    CADisplayLink *link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:[TargetProxy proxyWithTarget:self] selector:@selector(test)];
    [link addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    //NSTimer代理用法
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:[TargetProxy proxyWithTarget:self] selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:true];

NSTimer还可以使用代码库解决这个问题如下：

    __weak typeof(self) ws = self;
    [[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1
                                     repeats:YES
                                       block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        [ws test];
    }] fire];

GCD定时器
NSTimer定时器依赖runloop，如果runloop任务繁重可能导致定时器不准时。可以使用GCD定时器来解决此问题：

    dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("timer_queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
    //创建定时器
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
    //设置定时器时间
    dispatch_source_set_timer(timer, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (uint64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), (uint64_t)(2 * NSEC_PER_SEC), 0);
    //设置回调
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"%s",__func__);
    });
    //启动定时器
    dispatch_resume(timer);

ios程序的内存布局
地址从低到高依次是：保留区、代码段、数据段、堆区、栈区、内核区。需要注意的是堆区地址从小到大分配，栈区是从大到小分配。
tagged pointer技术
此技术是从64位架构开始，用于优化NSNumber、NSString等ios小对象的内存问题。此技术之前ios中小对象存储也是跟其他类是一样的，动态分布内存、维护引用计数等。使用此技术后ios中的小对象使用tag+data的方式存储，也就是将对象的值直接存储在对象指针中，不会区堆区开辟内存空间了。当指针无法存储数据后才会动态分配内存来存储数据。objc_ msgSend能够识别指针类型是否是使用了此技术，若使用此技术会直接从指针中获取数据，节省了方法调用开销，大大提升了ios的运行效率。通过源码可以看到mac平台上指针地址最低位用来标记是否使用此技术，ios平台使用最高位（64bit）来标记。
对象内存管理
在iOS中，使用引用计数来管理OC对象的内存。一个新创建的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间。调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1。当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它。想拥有某个对象，就让它的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让它的引用计数-1。copy不可变对象为浅拷贝，不会开辟新的内存空间；copy可变对象或者使用mutaleCopy都是深拷贝，深拷贝会开辟新的内存空间，生成新对象；对象的copy需要遵守NSCopy协议，使用copyWithZone方法进行copy。

可以通过申明以下函数来查看自动释放池中的内存情况

extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

对象的引用计数
在64bit中，引用计数可以直接存储在优化过的isa指针中，也可能存储在SideTable类中

struct SideTable {
    spinlock_t slock;
    RefcountMap refcnts;
    weak_table_t weak_table;
}

refcnts是一个存放着对象引用计数的散列表

dealloc流程
dealloc-> _objc_rootDealloc-> rootDealloc-> object_dispose->objc_destructInstance

void *objc_destructInstance(id obj) 
{
    if (obj) {
        // Read all of the flags at once for performance.
        bool cxx = obj->hasCxxDtor();
        bool assoc = obj->hasAssociatedObjects();

        // This order is important.
        if (cxx) object_cxxDestruct(obj);
        if (assoc) _object_remove_assocations(obj, /*deallocating*/true);
        obj->clearDeallocating();
    }

    return obj;
}

自动释放池
自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage。调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的。AutoreleasePoolPage数据结构：

class AutoreleasePoolPage;
struct AutoreleasePoolPageData
{
    magic_t const magic;
    __unsafe_unretained id *next;// 指向当前page的下一个存储对象
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;//指向上一个page，root节点为空nil
    AutoreleasePoolPage *child;//指向下一个page，最后一个节点为nil
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
};

所有的AutoreleasePoolPage对象通过双向链表的形式连接在一起。每个AutoreleasePoolPage对象占用4096字节内存，除了用来存放它内部的成员变量(56字节)，剩下的空间用来存放autorelease对象的地址（4040字节）。调用objc_autoreleasePoolPush方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈，并且返回其存放的内存地址。调用objc_autoreleasePoolPop方法时传入一个POOL_BOUNDARY的内存地址，会从最后一个入栈的对象开始发送release消息，直到遇到这个POOL_BOUNDARY。id *next指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域。

runloop与autorelease
iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer，第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()，第2个Observer监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush()，也监听了kCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()。

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