Block的循环引用

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本系列博文总结自《Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X with ARC》

在上一篇文章中,我们讲了很多关于 block 和基础变量的内存管理,接着我们聊聊 block 和对象的内存管理,如 block 经常会碰到的循环引用问题等等。

获取对象

照例先来段代码轻松下,瞧瞧 block 是怎么获取外部对象的

/********************** capturing objects **********************/

typedefvoid(^blk_t)(id obj);

blk_tblk;

-(void)viewDidLoad

{

[selfcaptureObject];

blk([[NSObjectalloc]init]);

blk([[NSObjectalloc]init]);

blk([[NSObjectalloc]init]);

}

-(void)captureObject

{

id array=[[NSMutableArrayalloc]init];

blk=[^(id obj){

[array addObject:obj];

NSLog(@"array count = %ld",[array count]);

}copy];

}

翻译后的关键代码摘录如下

/* a struct for the Block and some functions */

struct__main_block_impl_0

{

struct__block_impl impl;

struct__main_block_desc_0*Desc;

id __strong array;

__main_block_impl_0(void*fp,struct__main_block_desc_0*desc,id __strong _array,intflags=0):array(_array)

{

impl.isa=&_NSConcreteStackBlock;

impl.Flags=flags;

impl.FuncPtr=fp;

Desc=desc;

}

};

staticvoid__main_block_func_0(struct__main_block_impl_0*__cself,id obj)

{

id __strong array=__cself->array;

[array addObject:obj];

NSLog(@"array count = %ld",[array count]);

}

staticvoid__main_block_copy_0(struct__main_block_impl_0*dst,__main_block_impl_0*src)

{

_Block_object_assign(&dst->array,src->array,BLOCK_FIELD_IS_OBJECT);

}

staticvoid__main_block_dispose_0(struct__main_block_impl_0*src)

{

_Block_object_dispose(src->array,BLOCK_FIELD_IS_OBJECT);

}

structstaticstruct__main_block_desc_0

{

unsignedlongreserved;

unsignedlongBlock_size;

void(*copy)(struct__main_block_impl_0*,struct__main_block_impl_0*);

void(*dispose)(struct__main_block_impl_0*);

}__main_block_desc_0_DATA={0,

sizeof(struct__main_block_impl_0),

__main_block_copy_0,

__main_block_dispose_0

};

/* Block literal and executing the Block */

blk_tblk;

{

id __strong array=[[NSMutableArrayalloc]init];

blk=&__main_block_impl_0(__main_block_func_0,

&__main_block_desc_0_DATA,

array,

0x22000000);

blk=[blk copy];

}

(*blk->impl.FuncPtr)(blk,[[NSObjectalloc]init]);

(*blk->impl.FuncPtr)(blk,[[NSObjectalloc]init]);

(*blk->impl.FuncPtr)(blk,[[NSObjectalloc]init]);

在本例中,当变量变量作用域结束时,array被废弃,强引用失效,NSMutableArray类的实例对象会被释放并废弃。在这危难关头,block 及时调用了copy方法,在_Block_object_assign中,将array赋值给 block 成员变量并持有。所以上面代码可以正常运行,打印出来的array count依次递增。

总结代码可正常运行的原因关键就在于 block 通过调用copy方法,持有了 __strong 修饰的外部变量,使得外部对象在超出其作用域后得以继续存活,代码正常执行。

在以下情形中, block 会从栈拷贝到堆:

当 block 调用copy方法时,如果 block 在栈上,会被拷贝到堆上;

当 block 作为函数返回值返回时,编译器自动将 block 作为_Block_copy函数,效果等同于 block 直接调用copy方法;

当 block 被赋值给 __strong id 类型的对象或 block 的成员变量时,编译器自动将 block 作为_Block_copy函数,效果等同于 block 直接调用copy方法;

当 block 作为参数被传入方法名带有usingBlock的 Cocoa Framework 方法或 GCD 的 API 时。这些方法会在内部对传递进来的 block 调用copy或_Block_copy进行拷贝;

其实后三种情况在上篇文章block的自动拷贝已经做过说明

除此之外,都需要手动调用。

延伸阅读:Objective-C 结构体中的 __strong 成员变量

注意到__main_block_impl_0结构体有什么异常没?在 C 结构体中出现了__strong关键字修饰的变量。

通常情况下, Objective-C 的编译器因为无法检测 C 结构体初始化和释放的时间,不能进行有效的内存管理,所以 Objective-C 的 C 结构体成员是不能用__strong、__weak等等这类关键字修饰。然而 runtime 库是可以在运行时检测到 block 的内存变化,如 block 何时从栈拷贝到堆,何时从堆上释放等等,所以就会出现上述结构体成员变量用__strong修饰的情况。

__block 变量和对象

__block 说明符可以修饰任何类型的自动变量。下面让我们再看个小例子,啊,愉快的代码时间又到啦。

/******* block 修饰对象 *******/

__block id obj=[[NSObjectalloc]init];

ARC 下,对象所有权修饰符默认为__strong,即

__block id __strong obj=[[NSObjectalloc]init];

/******* block 修饰对象转换后的代码 *******/

/* struct for __block variable */

struct__Block_byref_obj_0

{

void*__isa;

__Block_byref_obj_0*__forwarding;

int__flags;

int__size;

void(*__Block_byref_id_object_copy)(void*,void*);

void(*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);

__strong id obj;

};

staticvoid__Block_byref_id_object_copy_131(void*dst,void*src)

{

_Block_object_assign((char*)dst+40,*(void**)((char*)src+40),131);

}

staticvoid__Block_byref_id_object_dispose_131(void*src)

{

_Block_object_dispose(*(void**)((char*)src+40),131);

}

/* __block variable declaration */

__Block_byref_obj_0 obj={0,

&obj,

0x2000000,

sizeof(__Block_byref_obj_0),

__Block_byref_id_object_copy_131,

__Block_byref_id_object_dispose_131,

[[NSObjectalloc]init]

};

__block id __strong obj的作用和id __strong obj的作用十分类似。当__block id __strong obj从栈上拷贝到堆上时,_Block_object_assign被调用,block 持有obj;当__block id __strong obj从堆上被废弃时,_Block_object_dispose被调用用以释放此对象,block 引用消失。

所以,只要是堆上的__strong修饰符修饰的__block对象类型的变量,和 block 内获取到的__strong修饰符修饰的对象类型的变量,编译器都能对它们的内存进行适当的管理。

如果上面的__strong换成__weak,结果会怎样呢?

/********************** capturing __weak objects **********************/

typedefvoid(^blk_t)(id obj);

blk_tblk;

-(void)viewDidLoad

{

[selfcaptureObject];

blk([[NSObjectalloc]init]);

blk([[NSObjectalloc]init]);

blk([[NSObjectalloc]init]);

}

-(void)captureObject

{

id array=[[NSMutableArrayalloc]init];

id __weak array2=array;

blk=[^(id obj){

[array2 addObject:obj];

NSLog(@"array2 count = %ld",[array2 count]);

}copy];

}

结果是:

array2 count=0

array2 count=0

array2 count=0

原因很简单,array2是弱引用,当变量作用域结束,array所指向的对象内存被释放,array2指向 nil,向 nil 对象发送count消息就返回结果 0 了。

如果__weak再改成__unsafe_unretained呢?__unsafe_unretained修饰的对象变量指针就相当于一个普通指针。使用这个修饰符有点需要注意的地方是,当指针所指向的对象内存被释放时,指针变量不会被置为 nil。所以当使用这个修饰符时,一定要注意不要通过悬挂指针(指向被废弃内存的指针)来访问已经被废弃的对象内存,否则程序就会崩溃。

如果__unsafe_unretained再改成__autoreleasing会怎样呢?会报错,编译器并不允许你这么干!如果你这么写

__block id __autoreleasing obj=[[NSObjectalloc]init];

编译器就会报下面的错误,意思就是__block和__autoreleasing不能同时使用。

error: __block variables cannot have __autoreleasing ownership __block id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];

循环引用

千辛万苦,重头戏终于来了。block 如果使用不小心,就容易出现循环引用,导致内存泄露。到底哪里泄露了呢?通过前面的学习,各位童鞋应该有个底了,下面就让我们一起进入这泄露地区瞧瞧,哪儿出了问题!

愉快的代码时间到

// ARC enabled

/************** MyObject Class **************/

typedefvoid(^blk_t)(void);

@interfaceMyObject:NSObject

{

blk_tblk_;

}

@end

@implementationMyObject

-(id)init

{

self=[superinit];

blk_=^{NSLog(@"self = %@",self);};

returnself;

}

-(void)dealloc

{

NSLog(@"dealloc");

}

@end

/************** main function **************/

intmain()

{

id myObject=[[MyObjectalloc]init];

NSLog(@"%@",myObject);

return0;

}

由于self是__strong修饰,在 ARC 下,当编译器自动将代码中的 block 从栈拷贝到堆时,block 会强引用和持有self,而self恰好也强引用和持有了 block,就造成了传说中的循环引用。

由于循环引用的存在,造成在main()函数结束时,内存仍然无法释放,即内存泄露。编译器也会给出警告信息

warning: capturing 'self' strongly in this block is likely to lead to a retain cycle [-Warc-retain-cycles]

blk_ = ^{NSLog(@"self = %@", self);};

note: Block will be retained by an object strongly retained by the captured object

blk_ = ^{NSLog(@"self = %@", self);};

为了避免这种情况发生,可以在变量声明时用__weak修饰符修饰变量self,让 block 不强引用self,从而破除循环。iOS4 和 Snow Leopard 由于对 weak 的支持不够完全,可以用__unsafe_unretained代替。

-(id)init

{

self=[superinit];

id __weak tmp=self;

blk_=^{NSLog(@"self = %@",tmp);};

returnself;

}

再看一个例子

@interfaceMyObject:NSObject

{

blk_tblk_;

id obj_;

}

@end

@implementationMyObject

-(id)init

{

self=[superinit];

blk_=^{NSLog(@"obj_ = %@",obj_);};

returnself;

}

...

...

@end

上面的例子中,虽然没有直接使用 self,却也存在循环引用的问题。因为对于编译器来说,obj_就相当于self->obj_,所以上面的代码就会变成

blk_=^{NSLog(@"obj_ = %@",self->obj_);};

所以这个例子只要用__weak,在init方法里面加一行即可

id __weak obj=obj_;

破解循环引用还有一招,使用 __block 修饰对象,在 block 内将对象置为 nil 即可,如下

typedefvoid(^blk_t)(void);

@interfaceMyObject:NSObject

{

blk_tblk_;

}

@end

@implementationMyObject

-(id)init

{

self=[superinit];

__block id tmp=self;

blk_=^{

NSLog(@"self = %@",tmp);

tmp=nil;

};

returnself;

}

-(void)execBlock

{

blk_();

}

-(void)dealloc

{

NSLog(@"dealloc");

}

@end

intmain()

{

idobject=[[MyObjectalloc]init];

[objectexecBlock];

return0;

}

这个例子挺有意思的,如果执行execBlock方法,就没有循环引用,如果不执行就有循环引用,挺值得玩味的。一方面,使用 __block 挺危险的,万一代码中不执行 block ,就造成了循环引用,而且编译器还没法检查出来;另一方面,使用 __block 可以让我们通过 __block 变量去控制对象的生命周期,而且有可能在一些非常老旧的 MRC 代码中,由于不支持 __weak,我们可以使用此方法来代替 __unsafe_unretained,从而避免悬挂指针的问题。

还有个值得一提的时,在 MRC 下,使用 __block 说明符也可以避免循环引用。因为当 block 从栈拷贝到堆时,__block 对象类型的变量不会被 retain,没有 __block 说明符的对象类型的变量则会被 retian。正是由于 __block 在 ARC 和 MRC 下的巨大差异,我们在写代码时一定要区分清楚到底是 ARC 还是 MRC。

尽管 ARC 已经如此普及,我们可能已经可以不用去管 MRC 的东西,但要有点一定要明白,ARC 和 MRC 都是基于引用计数的内存管理,其本质上是一个东西,只不过 ARC 在编译期自动化的做了内存引用计数的管理,使得系统可以在适当的时候保留内存,适当的时候释放内存。

循环引用到此为止,东西并不多。如果明白了之前的知识点,就会了解循环引用不过是前面知识点的自然延伸点罢了。

Copy 和 Release

在 ARC 下,有时需要手动拷贝和释放 block。在 MRC 下更是如此,可以直接用copy和release来拷贝和释放

void(^blk_on_heap)(void)=[blk_on_stack copy];

[blk_on_heap release];

拷贝到堆后,就可以 用retain持有 block

[blk_on_heap retain];

然而如果 block 在栈上,使用retain是毫无效果的,因此推荐使用copy方法来持有 block。

block 是 C 语言的扩展,所以可以在 C 中使用 block 的语法。比如,在上面的例子中,可以直接使用Block_copy和Block_release函数来代替copy和release方法

void(^blk_on_heap)(void)=Block_copy(blk_on_stack);

Block_release(blk_on_heap);

Block_copy的作用相当于之前看到过的_Block_copy函数,而且 Objective-C runtime 库在运行时拷贝 block 用的就是这个函数。同理,释放 block 时,runtime 调用了Block_release函数。

最后这里有一篇总结 block 的文章的很不错,推荐大家看看:http://tanqisen.github.io/blog/2013/04/19/gcd-block-cycle-retain/

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