内存管理总结-autoreleasePool

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序言

  • 无论是在MRC时期还是ARC时期，做过开发的程序员都接触过autoreleasepool。尽管接触过但本人对它还不是很了解。本文只是将自己的理解说出来。在内存管理的文章中提到了OC的内存管理是通过引用计数来完成的，也介绍了可以通过内存管理的方法（alloc/retain/new/copy等）来使引用计数加1，使用release方法来使引用计数减1。在我们创建了大量对象的时候，如果还是手动调用release方法来释放它们就显得太繁琐了。本文章将介绍内存管理的另外一种机制-autoreleasepool。

autoreleasepool概念

  • 自动释放池是NSAutoreleasePool的实例，其中包含了收到autorelease消息的对象。当一个自动释放池自身被销毁（dealloc）时，它会给池中每一个对象发送一个release消息（如果你给一个对象多次发送autorelease消息，那么当自动释放池销毁时，这个对象也会收到同样数目的release消息）。可以看出，一个自动释放的对象，它至少能够存活到自动释放池销毁的时候。这样看来它是一种延迟释放机制，这样保证局部堆上的变量能够被外部正常使用。

  • 这里说一下，在Xcode5以前是通过NSAutoreleasePool创建实例来实现的，代码如下：

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// code
[pool drain];

  • 但是在Xcode5以后，它的写法就简单了，代码如下：（所以本文的代码主要以这种写法来讲解）

@autoreleasepool {  
    // code  
}

  • 既然autoreleasepool也是一个对象，它在内存中以什么结构进行存储呢？它存储于内存中的栈中，遵循”先进后出”原则。

下面通过代码来简单的看一下autoreleasepool是如何进行内存管理的。
- ####新建一个HXPerson类，重写其dealloc方法，代码如下：

- (void)dealloc {  
    NSLog(@"HXPerson dealloc");  
      
    [super dealloc];  
      
}

  • 无autoreleasepool情况：

int main(int argc, const charchar * argv[]) {  
      
    HXPerson *person = [[HXPerson alloc] init];  
    [person release];  
    return 0;  
}

  • 有autoreleasepool情况：

int main(int argc, const charchar * argv[]) {  
    @autoreleasepool {  
        // 根据上面介绍的，我们要在初始化的时候，调用autorelease方法  
        HXPerson *person = [[[HXPerson alloc] init] autorelease];  
    }  
    return 0;  
}

  • 可以看到，使用autoreleasepool的情况就算没有调用release方法，该person对象也被销毁了。但是在创建person对象的时候一定要调用autorelease方法。该方法主要的作用就是将person对象放在该autoreleasepool中，且person对象在该autoreleasepool没有销毁之前一直是有效的，也就是说该person对象可以被访问，直到该autoreleasepool被销毁。只要autoreleasepool被销毁，放在autoreleasepool里面的所有对象（调用过autorelease的对象）都会自动执行一次release方法来销毁对象。

autorelease作用：

1.对象执行autorelease方法时会将对象添加到自动释放池中
2.当自动释放池销毁时自动释放池中所有对象作release操作
3.对象执行autorelease方法后自身引用计数器不会改变，而且会返回对象本身
4.autorelease实际上只是把对象release的调用延迟了，对于对象的autorelease系统只是把当前对象放入了当前对应的autorelease pool中，当该pool被释放时（[pool drain]），该pool中的所有对象会被调用Release,从而释放使用的内存。这个可以说是autorelease的优点，因为无需我们再关注他的引用计数，直接交给系统来做！
5.对于操作占用内存比较大的对象的时候不要随便使用，担心对象释放的时间太迟，造成内存高峰， 但是操作占用内存比较小的对象可以使用

  • 在创建对象的时候，调用autorelease，就能将该对象放到autoreleasepool中。利用autoreleasepool的延迟释放来管理内存。autoreleasepool这么重要，可是我们在实际开发中并没有手动创建autoreleasepool，却没有内存泄露。这是为什么呢？其实没有手动创建并不代表它不会被创建，那么它是什么时候创建的呢？

autoreleasepool创建

  • 上篇文章中讲到runLoop的时候就提到autoreleasepool。 App启动后，系统在主线程runLoop里注册两个Observser,其回调都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被runLoop创建好的AutoreleasePool环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建Pool。可见开发过程中我们没有创建autoreleasepool，系统也会帮我们创建。这就解释了，为什么开发中没有创建autoreleasepool也没有内存泄露的原因了。RunLoop

  • 通过下面的例子，我们来看一下，runLoop创建的autoreleasepool是不是真的帮我们管理了内存。


__weak id reference = nil;  
- (void)viewDidLoad {  
    [super viewDidLoad];  
    NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"autoreleasePool"];  
    // str是一个autorelease对象，设置一个weak的引用来观察它  
    reference = str;  
    NSLog(@"%@", reference); // Console: autoreleasePool  
}  
- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated {  
    [super viewWillAppear:animated];  
    NSLog(@"%@", reference); // Console: autoreleasePool  
}  
- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated {  
    [super viewDidAppear:animated];  
    NSLog(@"%@", reference); // Console: (null)  
}

  • 这个实验同时也证明了viewDidLoad和viewWillAppear是在同一个runloop调用的，而viewDidAppear是在之后的某个runloop调用的。由于这个vc在loadView之后便add到了window层级上，所以viewDidLoad和viewWillAppear是在同一个runloop调用的，因此在viewWillAppear中，这个autorelease的变量依然有值。

  • 当然，我们也可以不用等到当前runLoop结束，选择手动干预Autorelease对象的释放时机：

- (void)viewDidLoad {  
    [super viewDidLoad];  
    @autoreleasepool {  
        NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"autoreleasePool"];  
    }  
    NSLog(@"%@", str); // Console: (null)  
}

  • 通过上面的例子，可以看出，没有调用release也做到了内存管理。可是大家注意到了，str对象没有调用autorelease方法啊，怎么被放到autoreleasepool进行管理的呢？其实静态方法已经在内部自动调用了autorelease方法，所有这里不需要再调用。

autoreleasepool作用

autoreleasepool实质

  • 现在以ARC环境来分析其原理。runLoop创建的autoreleasepool实例我们就以@autoreleasepool形式呈现。新建项目之后，其中的main函数如下：

int main(int argc, charchar * argv[]) {  
    @autoreleasepool {  
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));  
    }  
}

  • 在这个 @autoreleasepool{}中只包含了一行代码，这行代码将所有的事件、消息全部交给了 UIApplication 来处理，但是这不是本文关注的重点。

  • 需要注意的是：整个iOS的应用都是包含在一个自动释放池block中的。

  • 继续我们的主题。我们知道autoreleasepool是一个自动释放池，那么它到底是一个什么样的数据结构呢？我们在命令行中使用 clang -rewrite-objc main.m 让编译器重新改写这个文件，编译完后，会在该文件目录下多一个.cpp文件。打开这个文件。滚到最底部。可以看到如下代码：（删除掉多余的代码）

int main(int argc, const charchar * argv[]) {  
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;  
    }  
    return 0;  
}

  • 在这个文件中，有一个非常奇怪的 __AtAutoreleasePool 的结构体，前面的注释写到/* @autoreleasepopl */ 。也就是说@autoreleasepool {} 被转换为：

{  
    __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;  
}

  • 那么__AtAutoreleasePool又是什么？在文件中可以找到__AtAutoreleasePool数据结构如下：

struct __AtAutoreleasePool {  
  __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}  
  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}  
  voidvoid * atautoreleasepoolobj;  
};

  • 它是一个结构体，该结构体会在初始化时调用 objc_autoreleasePoolPush() 方法，会在析构时调用objc_autoreleasePoolPop 方法。所以我们可以进一步将main函数中的代码改写为如下：

int main(int argc, const charchar * argv[]) {    
    {  
        voidvoid * atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();  
  
        // do whatever you want  
  
        objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);  
    }  
    return 0;  
}

  • @autoreleasepool 只是帮助我们少写了这两行代码而已，让代码看起来更美观，然后要根据上述两个方法来分析自动释放池的实现。

  • objc_autoreleasePoolPush 和 objc_autoreleasePoolPop 的实现：

voidvoid *objc_autoreleasePoolPush(void) {    
    return AutoreleasePoolPage::push();  
}  
  
void objc_autoreleasePoolPop(voidvoid *ctxt) {    
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);  
}

  • __AtAutoreleasePool的Push和Pop方法看上去方法看上去是对 AutoreleasePoolPage 对应静态方法push 和 pop 的封装。

AutoreleasePoolPage

那么AutoreleasePoolPage又是一个什么东东呢？，它的定义可以在NSObject.mm文件中看到，定义如下：

class AutoreleasePoolPage {    
    magic_t const magic;  
    idid *next;  
    pthread_t const thread;  
    AutoreleasePoolPage * const parent;  
    AutoreleasePoolPage *child;  
    uint32_t const depth;  
    uint32_t hiwat;  
};
  • magic 用于对当前 AutoreleasePoolPage 完整性 的校验
  • thread 保存了当前页所在的线程

  • 每一个自动释放池都是由一系列的 AutoreleasePoolPage 组成的，并且每一个 AutoreleasePoolPage 的大小都是4096 字节（16 进制 0x1000）

#define I386_PGBYTES 4096  
#define PAGE_SIZE I386_PGBYTES

  • parent 和 child 就是用来构造双向链表的指针。

  • 自动释放池中的 AutoreleasePoolPage 是以 双向链表 的形式连接起来的：

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