文章目录
一.内存管理准则
二.属性内存管理修饰符全解析
三.block中的weak和strong
四.weak是怎么实现的
五.autoreleasepool实现方式
一.内存管理准则
OC中使用自动引用计数(ARC)的方式实现内存管理，说是自动引用计数，其实遵循的还是iOS5以前的手动引用计数(MRC)的逻辑，不过是编译器隐式为我们实现了retain，release，autorelease那一套东西。我们先引用《iOS与OS X多线程和内存管理》中的类比来认识一下什么是自动引用计数：
假设办公室里的照明设备只有一台，上班进入办公室的人需要照明，所以要把灯打开。而对于下班离开办公室的人来说，已经不需要照明了，所以要把灯关掉。若是很多人上下班，每个人都开灯或是关灯，就会造成最早下班的人关了灯，办公室里还没走的人处于一片黑暗之中的情况。解决这一问题的办法是使办公室在还有至少1人的情况下保持开灯状态，在无人时保持关灯状态。为判断是否还有人在办公室，这里导入计数功能来计算“需要照明的人数”：
1.第一个人进入办公室，“需要照明人数”加1，计数值从0变成1，因此要开灯。
2.之后每当有人进入办公室，“需要照明的人数”就加1...
3.每当有人下班离开办公室，“需要照明的人数”就减1...
4.最后一个人下班离开办公室时，“需要照明的人数”减1，计数值从1变成0，因此需要关灯。
这样就能在不需要照明的时候保持关灯状态，办公室中仅有的照明设备得到了很好的管理。那么OC中的对象就好比办公室的照明设备，当创建某个对象的时候，其引用计数由0变1，当增加强引用指向时，计数加1；强引用不再指向该对象时，计数减1；当引用计数变为0时，说明当前对象已经没有人需要了。那么对象销毁，系统回收内存。
内存管理准则总结起来就下面4条：
- 自己生成的对象，自己所持有
- 非自己生成的对象，自己也能持有
- 不再需要自己持有的对象时释放
- 非自己持有的对象无法释放
对象操作与Objective-C方法的对应
| 对象操作 | OC方法 |
|---|---|
| 生成并持有对象 | alloc/new/copy/mutableCopy 方法 |
| 持有对象 | retain 方法 |
| 释放对象 | release 方法 |
这些有关Objective-C内存管理的方法，实际上不包括在该语言中，而是包含在Cocoa框架中用于OS X，iOS应用开发。Cocoa框架中Foundation框架类库的NSObject类担负内存管理的职责。上述的alloc/retain/release/dealloc方法分别指代NSObject类的alloc类方法，retain实例方法，release实例方法和dealloc实例方法。
平时我们使用一个实例对象的时候一般都像这样：
- (void)test {
//自己生成并持有对象
id obj = [[NSObject alloc] init];
。。。
//编译器自动添加
// [obj release];
}
实际上是编译器在test方法结束之前，自动给我们添加了[obj release]这行代码。其实该方法的实现逻辑就是将obj对象的引用计数减1，然后检查引用计数是否为零，如果为零，则调用[obj dealloc]。关于retain，release,和dealloc方法的实现，后面会具体讲到。
非自己生成的对象，自己也能持有是什么情况呢？比如我们常用的类方法创建实例对象：
- (void)test {
//取得对象的存在，但自己不持有对象
id obj = [NSMutableArray array];
//编译器自动添加
//自己持有对象
//[obj retain];
...
...
//编译器自动添加
//释放对象
//[obj release];
}
使用alloc/retain/release/dealloc以外的方法获得的对象，都不是自己持有的，编译器会为我们添加retain方法(引用计数+1)，以持有对象，保证在test方法范围内该对象一直存在。最后在test方法结束之前，还需要调用release释放该对象。当然这只是大体的意思，实际编译器针对成对出现的retain/release会有优化策略，这里先不展开说了。
其实说到这里，内存管理的基本原则大概已经说完了，总结起来就是：当创建一个实例对象的时候将其引用计数初始化为1，如果有其他强引用指向的话（实际调用了retain方法），引用计数加1；强引用取消的话（实际调用release方法），引用计数减1；每次减少引用计数都会去检查该对象的引用计数是否为零，如果为零，则内部调用dealloc方法，析构对象，回收内存。关于属性的内存管理，请看第二部分。
二.属性内存管理修饰符全解析
属性的修饰符分为内存管理（strong/weak/assign/copy），读写权限（readwrite/readonly），是否原子性（atomic/nonatomic），getter方法（getter=method）四类。这一节主要分析一下内存管理语义。
strong
strong修饰符表示指向并持有该对象，即所谓的强引用，当某个对象有强引用指向时，其引用计数加1。一般都是用来修饰对象类型。
weak
weak 修饰符指向但是并不持有该对象，即所谓的弱引用，引用计数也不会加1。在 Runtime 中对该属性进行了相关操作，当指向的对象销毁时，所有的弱引用可以自动置空（如何实现的请看第五节）。weak用来修饰对象，多用于避免循环引用的地方，最常见的就是delegate属性使用该修饰符。weak 不可以修饰基本数据类型。
assign
assign主要用于修饰基本数据类型，
例如NSInteger，CGFloat，存储在栈中，内存不用程序员管理。assign是可以修饰对象的，跟weak的区别就是，当指向的对象销毁时，assign修饰的指针不会自动置空，容易引起野指针问题。
copy
copy关键字和 strong类似，都是强引用指向对象。copy除了用来修饰block外， 多用于修饰有可变类型的不可变对象，如NSString,NSArray,NSDictionary上，保证封装性。这个问题用测试代码比较好说明。
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) NSString *testString;
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSMutableString *ms = [NSMutableString stringWithString:@"test"];
self.testString = ms;
NSLog(@">>>>>%@",self.testString);
。。。
。。。
[ms appendString:@"hello"];
NSLog(@">>>>>%@",self.testString);
}
@end
运行打印结果：
2018-11-14 11:44:17.391568+0800 ZZTest[4330:96375] >>>>>test
2018-11-14 11:44:17.391698+0800 ZZTest[4330:96375] >>>>>testhello
如果用strong修饰NSString，赋值的是一个NSMutableString对象，如果该对象后续有修改，会影响到testString，这可能并不是我想要的结果。如果换成copy修饰的话就可以避免这个问题，因为testString指向的是一个全新的副本，原对象的修改对它不会有任何影响，测试代码为证。
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, copy) NSString *testString;
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSMutableString *ms = [NSMutableString stringWithString:@"test"];
self.testString = ms;
NSLog(@">>>>>%@",self.testString);
[ms appendString:@"hello"];
NSLog(@">>>>>%@",self.testString);
NSLog(@">>>>>%@",ms);
}
@end
打印结果：
2018-11-14 11:53:29.309521+0800 ZZTest[4510:105814] >>>>>test
2018-11-14 11:53:29.309636+0800 ZZTest[4510:105814] >>>>>test
2018-11-14 11:53:29.309700+0800 ZZTest[4510:105814] >>>>>testhello
所以引申一下copy关键字的一个作用就是多用于修饰有可变类型的不可变对象。
三.block中的weak和strong
关于block中的__weak和__strong转换，相信用到block的地方都少不了要注意他们的使用。就像SDWebImage中随意截出来的一段代码一样：
//摘自SDWebImage
__weak __typeof(self)wself = self;
SDWebImageDownloaderProgressBlock combinedProgressBlock = ^(NSInteger receivedSize, NSInteger expectedSize, NSURL * _Nullable targetURL) {
wself.sd_imageProgress.totalUnitCount = expectedSize;
wself.sd_imageProgress.completedUnitCount = receivedSize;
if (progressBlock) {
progressBlock(receivedSize, expectedSize, targetURL);
}
};
id <SDWebImageOperation> operation = [manager loadImageWithURL:url options:options progress:combinedProgressBlock completed:^(UIImage *image, NSData *data, NSError *error, SDImageCacheType cacheType, BOOL finished, NSURL *imageURL) {
__strong __typeof (wself) sself = wself;
if (!sself) { return; }
...
}];
其实关于block的强弱引用转换，在我之前的解读SDWebImage源码的文章中就提过一次。不过这次是专门的内存管理篇，block的__weak，__strong不得不提：
- 1.先weak后strong到底会不会增加引用计数？
- 2.如果会增加引用计数，那么跟直接使用strong有什么不同？
回答第一个问题之前，我们可以用代码测试一下：
@interface ViewController ()
{
__weak typeof(NSObject *) _obj;
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self test];
NSLog(@">>>>%@", _obj);
}
- (void)test {
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
_obj = obj;
NSLog(@">>>>%@", _obj);
}
@end
打印结果如下：
2018-11-12 19:20:55.447117+0800 ZZTest[13659:492278] >>>><NSObject: 0x6000009030d0>
2018-11-12 19:20:55.447220+0800 ZZTest[13659:492278] >>>>(null)
因为test方法中创建的自动变量obj在方法的{}之内是有效的，所以第一个打印有值；出了test方法后，obj只有弱引用指向，所以被释放了。第二个打印为null，这个是很好理解的。
接下来将代码稍作修改，如下：
@interface ViewController ()
{
__strong typeof(NSObject *) _obj;
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self test];
NSLog(@">>>>%@", _obj);
}
- (void)test {
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
__weak typeof(NSObject *)weakObj = obj;
_obj = weakObj;
NSLog(@">>>>%@", _obj);
}
@end
打印结果：
2018-11-12 19:31:06.321660+0800 ZZTest[13856:504099] >>>><NSObject: 0x6000035c4a00>
2018-11-12 19:31:06.321828+0800 ZZTest[13856:504099] >>>><NSObject: 0x6000035c4a00>
结果很好的回答了上面的第一个问题，先weak后strong引用一个对象，会增加该对象的引用计数。那么既然转了一圈还是会增加引用计数，为啥还要“多此一举”呢？其实这就涉及到block的实现原理了，我们知道block会捕获其定义时使用的自动变量。如果block定义时直接使用当前对象的话，那么它捕获的就是默认__strong修饰的对象，而先将其用__weak转一下的话，它捕获的就是对象的弱引用，那么这就打破了所谓的引用循环，避免了内存泄漏。
既然弱引避免了内存泄漏，那么block内部的__strong转换又是什么目的呢？其实这样再转换一次，就是为了增加对象的引用计数，避免其被提前释放(尤其在多线程切换时)，否则后续的访问会出现野指针错误！那么一句话回答上面两个问题就是：先weak是为了打破引用循环，避免内存泄漏；后strong是为了保证在block内部该对象一直存在，避免野指针错误。
四.weak是怎么实现的
前面说到当有强引用指向某对象时，该对象的引用计数加1，当强引用取消时，引用计数减1；那么底层是怎么实现计数的加1减1呢？还有weak修饰的属性，当指向的对象被释放时，该指针会自动置空，这又是怎么实现的呢？
为了管理所有对象的引用计数和weak指针，苹果创建了一个全局的SideTables,它是一个全局Hash表，里面装的都是SideTable结构体。其定义在NSObject.mm的源码中：
struct SideTable {
spinlock_t slock;
RefcountMap refcnts;
weak_table_t weak_table;
SideTable() {
memset(&weak_table, 0, sizeof(weak_table));
}
~SideTable() {
_objc_fatal("Do not delete SideTable.");
}
void lock() { slock.lock(); }
void unlock() { slock.unlock(); }
void forceReset() { slock.forceReset(); }
// Address-ordered lock discipline for a pair of side tables.
template<HaveOld, HaveNew>
static void lockTwo(SideTable *lock1, SideTable *lock2);
template<HaveOld, HaveNew>
static void unlockTwo(SideTable *lock1, SideTable *lock2);
};
可以看到SideTable有三个成员变量：
1.一把自旋锁spinlock_t slock
百度百科是这么解释的：“何谓自旋锁？它是为实现保护共享资源而提出一种锁机制。其实，自旋锁与互斥锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，也就说，在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是因此而得名。”
自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况，对于引用计数的操作速度其实是非常快的，所以这里使用自旋锁恰到好处。
2.引用计数器RefcountMap refcnts
RefcountMap的定义是这样的
typedef objc::DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>,size_t,true> RefcountMap;
其实就是个C++的Map，那么这个Map里面存储的又是什么呢？从这里可以看到：
id
objc_object::sidetable_retain()
{
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
assert(!isa.nonpointer);
#endif
SideTable& table = SideTables()[this];
table.lock();
size_t& refcntStorage = table.refcnts[this];
if (! (refcntStorage & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) {
refcntStorage += SIDE_TABLE_RC_ONE;
}
table.unlock();
return (id)this;
}
那么size_t的定义是typedef __darwin_size_t size_t;,再进一步看它的定义是unsigned long，在32位和64位操作系统中，它分别占用32和64个bit。这里使用的是bit mask技术。在SideTable结构体定义的上面，定义了这么几个数：
#define SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED (1UL<<0)
#define SIDE_TABLE_DEALLOCATING (1UL<<1) // MSB-ward of weak bit
#define SIDE_TABLE_RC_ONE (1UL<<2) // MSB-ward of deallocating bit
#define SIDE_TABLE_RC_PINNED (1UL<<(WORD_BITS-1))
1UL<<0的意思是将“1”放到最右侧，然后左移0位（就是原地不动），以32位为例的话就是：0b0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001，同理1UL<<1就是：0b0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010。上面的定义其实可以这样理解：一个32位的数，其右边第一位SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED表示是否有弱引用指向这个对象，如果为1的话，在对象释放的时候需要把所有指向它的弱引用都置为nil；右边第二位SIDE_TABLE_DEALLOCATING表示对象是否正在释放，1正在释放，0没有；左边第一位即最高位SIDE_TABLE_RC_PINNED，其实没有特殊的含义，就是随着对象的引用计数不断变大，如果这一位都变成1了，表示引用计数已经达到了能够存储的最大值。最后SIDE_TABLE_RC_ONE其实定义的就是增加一个引用计数，size_t实际增加的值，因为末尾两位是被占用的，所以引用计数加1，size_t实际加的是4。
3.维护weak指针的结构体weak_table_t weak_table
weak_table_t定义在objc-weak.h文件中：
struct weak_table_t {
weak_entry_t *weak_entries;
size_t num_entries;
uintptr_t mask;
uintptr_t max_hash_displacement;
};
weak_entries是一个数组，num_entries用来维护数组始终有一个合适的size，比如当数组中的元素数量超过3/4时，将数组大小乘以2。
weak_entry_t也定义在objc-weak.h中：
#define WEAK_INLINE_COUNT 4
struct weak_entry_t {
DisguisedPtr<objc_object> referent;
union {
struct {
weak_referrer_t *referrers;
uintptr_t out_of_line_ness : 2;
uintptr_t num_refs : PTR_MINUS_2;
uintptr_t mask;
uintptr_t max_hash_displacement;
};
struct {
weak_referrer_t inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];
};
};
}
其中三个成员比较重要：referent，被指对象的地址；referrers，可变数组，里面保存着所有指向这个对象的弱引用的地址，如果弱引用指针超过4个的话，将会存在这个数组中；inline_referrers，只有4个元素的数组，默认情况下用它存储弱引用的指针，超过4个的时候存储到referrers中。
先总结一下SideTables的数据结构，如下图所示：
接着再梳理一下流程，当系统调用retain方法时，最终调用的是NSObject.mm中的这个方法：
id
objc_object::sidetable_retain()
{
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
assert(!isa.nonpointer);
#endif
SideTable& table = SideTables()[this];
table.lock();
size_t& refcntStorage = table.refcnts[this];
if (! (refcntStorage & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) {
refcntStorage += SIDE_TABLE_RC_ONE;
}
table.unlock();
return (id)this;
}
即取到对应SideTable的refcnts，然后以当前对象地址为key，找到real count，将其增加SIDE_TABLE_RC_ONE,相应的引用计数就加了1。
当系统调用release方法时，最终调用的是NSObject.mm中的这个方法：
uintptr_t
objc_object::sidetable_release(bool performDealloc)
{
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
assert(!isa.nonpointer);
#endif
SideTable& table = SideTables()[this];
bool do_dealloc = false;
table.lock();
RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
if (it == table.refcnts.end()) {
do_dealloc = true;
table.refcnts[this] = SIDE_TABLE_DEALLOCATING;
} else if (it->second < SIDE_TABLE_DEALLOCATING) {
// SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED may be set. Don't change it.
do_dealloc = true;
it->second |= SIDE_TABLE_DEALLOCATING;
} else if (! (it->second & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) {
it->second -= SIDE_TABLE_RC_ONE;
}
table.unlock();
if (do_dealloc && performDealloc) {
((void(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, SEL_dealloc);
}
return do_dealloc;
}
release相比retain多了最终是否需要调用dealloc的判断，大概逻辑是1.遍历变量是否存在，如果不存在就将do_dealloc置为true；2.如果存在再判断是否小于SIDE_TABLE_DEALLOCATING,如果小于也将do_dealloc置为true；3.否则就减去前面说过的SIDE_TABLE_RC_ONE；4.判断是否需要实际调用dealloc。
调用了dealloc方法后，最终会调用到sidetable_clearDeallocating方法：
void
objc_object::sidetable_clearDeallocating()
{
SideTable& table = SideTables()[this];
// clear any weak table items
// clear extra retain count and deallocating bit
// (fixme warn or abort if extra retain count == 0 ?)
table.lock();
RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
if (it != table.refcnts.end()) {
if (it->second & SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED) {
weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
}
table.refcnts.erase(it);
}
table.unlock();
}
这里加了遍历有值 和 存在弱引用 两个判断条件，如果满足的话就会调用weak_clear_no_lock方法，其定义在objc-weak.mm文件中：
void
weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id)
{
objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);
if (entry == nil) {
/// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
//printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
return;
}
// zero out references
weak_referrer_t *referrers;
size_t count;
if (entry->out_of_line()) {
referrers = entry->referrers;
count = TABLE_SIZE(entry);
}
else {
referrers = entry->inline_referrers;
count = WEAK_INLINE_COUNT;
}
for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
objc_object **referrer = referrers[i];
if (referrer) {
if (*referrer == referent) {
*referrer = nil;
}
else if (*referrer) {
_objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
"This is probably incorrect use of "
"objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
"Break on objc_weak_error to debug.\n",
referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
objc_weak_error();
}
}
}
weak_entry_remove(weak_table, entry);
}
会先判断最后的遍历数组是referrers数组取还是最大容量为4的inline_referrers数组，在这一步，将每一个weak指针置为了nil。
五.autoreleasepool实现方式
在大部分情况下，我们不需要手动提供autoreleasepool,因为从每个App的入口main函数可以看到，系统默认用了一个自动释放池将我们的代码包含。即所有在主线程创建的非自己持有的对象都添加到了这个autoreleasepool里面。但是我们知道主线程是默认开启runloop的，runloop往简单了说就是一个do while 循环，那么只要这个循环还在执行，main函数里面的autoreleasepool就没办法走到后面这个花括号}，那这个自动释放池到底什么时候释放呢？答案是当前runloop迭代结束的时候释放，因为系统在每个runloop迭代中都加入了autoreleasepool的push和pop。具体原理可以深究runloop源码。
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
文章开头也说了，在ARC环境下，以alloc/new/copy/mutableCopy开头的方法的返回值取得的对象是自己持有的，其他情况下便是取得非自己持有的对象，此时对象的持有者就是autoreleasepool。我们可以用以下代码来验证一下：
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface MyObject : NSObject
+ (id)testObject;
@end
@implementation MyObject
+ (id)testObject {
id obj = [[MyObject alloc] init];
return obj;
}
+ (id)allocObject {
id obj = [[MyObject alloc] init];
return obj;
}
@end
extern void _objc_autoreleasePoolPrint ();
int main(int argc, char * argv[]) {
__weak id a;
@autoreleasepool {
a = [MyObject testObject];
// a = [MyObject allocObject];
_objc_autoreleasePoolPrint();
NSLog(@"in:%@",a);
}
NSLog(@"out:%@",a);
}
需要说明的是，其中的_objc_autoreleasePoolPrint方法是非公开的调试方法，需要声明是外部实现的，否则无法使用。运行打印的结果如下：
可以看到autoreleasepool持有了对象TestObject，这也验证了生成非自己持有的对象，其真正的持有者是autoreleasepool这一说法。我们将a = [MyObject testObject];这行注释，打开下面一行，运行打印结果如下：
可以看到这一次autoreleasepool并没有持有TestObject对象，说明以alloc开头的方法生成的对象是自己持有的。而且，由于a是__weak修饰的，返回的对象由于无人持有，赋值以后立即被释放掉了；所以in：后面打印就是null了。同时编译器已经给出了警告⚠️Assigning retained object to weak variable; object will be released after assignment。应用autoreleasepool这一特性，可以在我们的项目中for in遍历处理大量对象的时候，在循环体内部用autoreleasepool将代码包含，降低应用内存峰值，类似这样：
摘自 SDWebImageCoderHelper.m
for (size_t i = 0; i < frameCount; i++) {
@autoreleasepool {
SDWebImageFrame *frame = frames[i];
float frameDuration = frame.duration;
CGImageRef frameImageRef = frame.image.CGImage;
NSDictionary *frameProperties = @{(__bridge NSString *)kCGImagePropertyGIFDictionary : @{(__bridge NSString *)kCGImagePropertyGIFDelayTime : @(frameDuration)}};
CGImageDestinationAddImage(imageDestination, frameImageRef, (__bridge CFDictionaryRef)frameProperties);
}
}
当然，按照sunnyxx这篇文章最后提到的一个知识点，使用容器的block版本的枚举器时，内部会自动添加一个autoreleasepool：
[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop) {
// 这里被一个局部@autoreleasepool包围着
}];
由于笔者写了测试代码，用“clang -rewrite-objc”命令重写为C++实现后，并没有找到block版本枚举器内部会自动添加autoreleasepool的蛛丝马迹；同时也查看了帮助文档，这个方法的说明也没有提到相关事项。还望知道怎么得出这个结论的朋友指点一下。
那么autoreleasepool的内部实现是怎么样的呢？可以随便写段测试代码，用“clang -rewrite-objc”命令重写为C++一探究竟。测试代码如下：
@implementation ZZTestObject
- (void)test {
NSArray *arr = @[@"1", @"one", @"2", @"two", @"three", @"3"];
for (NSString *str in arr) {
@autoreleasepool {
NSLog(@">>>>>>>>>>%@", str);
}
}
}
终端cd到ZZTestObject.m这一层，运行命令“clang -rewrite-objc ZZTestObject.m”，就会得到一个ZZTestObject.cpp文件，打开后全局搜索@implementation ZZTestObject，可以看到这段代码：
// @implementation ZZTestObject
static void _I_ZZTestObject_test(ZZTestObject * self, SEL _cmd) {
NSArray *arr = ((NSArray *(*)(Class, SEL, ObjectType _Nonnull const * _Nonnull, NSUInteger))(void *)objc_msgSend)(objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("arrayWithObjects:count:"), (const id *)__NSContainer_literal(6U, (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_0, (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_1, (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_2, (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_3, (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_4, (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_5).arr, 6U);
{
NSString * str;
struct __objcFastEnumerationState enumState = { 0 };
id __rw_items[16];
id l_collection = (id) arr;
_WIN_NSUInteger limit =
((_WIN_NSUInteger (*) (id, SEL, struct __objcFastEnumerationState *, id *, _WIN_NSUInteger))(void *)objc_msgSend)
((id)l_collection,
sel_registerName("countByEnumeratingWithState:objects:count:"),
&enumState, (id *)__rw_items, (_WIN_NSUInteger)16);
if (limit) {
unsigned long startMutations = *enumState.mutationsPtr;
do {
unsigned long counter = 0;
do {
if (startMutations != *enumState.mutationsPtr)
objc_enumerationMutation(l_collection);
str = (NSString *)enumState.itemsPtr[counter++]; {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_6, str);
}
};
__continue_label_1: ;
} while (counter < limit);
} while ((limit = ((_WIN_NSUInteger (*) (id, SEL, struct __objcFastEnumerationState *, id *, _WIN_NSUInteger))(void *)objc_msgSend)
((id)l_collection,
sel_registerName("countByEnumeratingWithState:objects:count:"),
&enumState, (id *)__rw_items, (_WIN_NSUInteger)16)));
str = ((NSString *)0);
__break_label_1: ;
}
else
str = ((NSString *)0);
}
}
// @end
我们注意这一行：
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04__vckj48s04bgf4ttzttv3w2w0000gn_T_ZZTestObject_dc0ae2_mi_6, str);
}
我们再全局搜索一下__AtAutoreleasePool，最终会找到这里：
extern "C" __declspec(dllimport) void * objc_autoreleasePoolPush(void);
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_autoreleasePoolPop(void *);
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
void * atautoreleasepoolobj;
};
发现autoreleasepool最终会变成 objc_autoreleasePoolPush 和 objc_autoreleasePoolPop 两个方法的调用，这里显示这两个方法是外部定义的，那么我们去哪里找这两个方法的实现呢？答案是runtime源码！
这里说一下怎么下载runtime源码：先打开这个网址https://opensource.apple.com/，然后选择你电脑对应的macOS版本，目前我电脑是10.13.6，然后com+F搜索objc4，我这里搜到的是objc4-723，点击下载。打开之后的目录是这样的：
我们打开NSObject.mm文件查看，全局搜索objc_autoreleasePoolPush，发现是这样：
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
return AutoreleasePoolPage::push();
}
那就直接看AutoreleasePoolPage这个类的实现：
class AutoreleasePoolPage
{
// EMPTY_POOL_PLACEHOLDER is stored in TLS when exactly one pool is
// pushed and it has never contained any objects. This saves memory
// when the top level (i.e. libdispatch) pushes and pops pools but
// never uses them.
# define EMPTY_POOL_PLACEHOLDER ((id*)1)
# define POOL_BOUNDARY nil
static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;
static uint8_t const SCRIBBLE = 0xA3; // 0xA3A3A3A3 after releasing
static size_t const SIZE =
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
PAGE_MAX_SIZE; // must be multiple of vm page size
#else
PAGE_MAX_SIZE; // size and alignment, power of 2
#endif
static size_t const COUNT = SIZE / sizeof(id);
magic_t const magic;
id *next;
pthread_t const thread;
AutoreleasePoolPage * const parent;
AutoreleasePoolPage *child;
uint32_t const depth;
uint32_t hiwat;
...
}
AutoreleasePoolPage是一个C++实现的类：
- AutoreleasePool并没有单独的结构，而是由若干个AutoreleasePoolPage以双向链表的形式组合而成（分别对应结构中的parent指针和child指针）
- AutoreleasePool是按线程一一对应的（结构中的thread指针指向当前线程）
- AutoreleasePoolPage每个对象会开辟4096字节内存（也就是虚拟内存一页的大小），除了上面的实例变量所占空间，剩下的空间全部用来储存autorelease对象的地址
- id *next指针作为游标指向栈顶最新add进来的autorelease对象的下一个位置
- 一个AutoreleasePoolPage的空间被占满时，会新建一个AutoreleasePoolPage对象，连接链表，后来的autorelease对象在新的page加入
我们注意这一行：
# define POOL_BOUNDARY nil
定义了一个POOL_BOUNDARY的宏，值为nil，待会会用到。
看看AutoreleasePoolPage的push方法是怎么实现的：
static inline void *push()
{
id *dest;
if (DebugPoolAllocation) {
// Each autorelease pool starts on a new pool page.
dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
} else {
dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
}
assert(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
return dest;
}
由于源码太多，就不一一贴码了。总结流程图如下：
首先会判断DebugPoolAllocation标志位,是否需要为每个pool都生成一个新page，为真就走autoreleaseNewPage方法,否则,执行autoreleaseFast方法.
在autoreleaseFast方法中,如果存在page且未满,则直接添加;
如果不存在page,会响应autoreleaseNoPage;
如果当前page已满,则响应autoreleaseFullPage方法;
autoreleaseNoPage和autoreleaseFullPage会生成新的page,然后向该page中添加对象.
而autoreleaseNewPage方法,如果当前存在page,则执行autoreleaseFullPage方法,否则响应autoreleaseNoPage方法,然后就同上了,去执行添加方法。那么具体怎么样添加呢？
每当进行一次push调用时，runtime向当前的AutoreleasePoolPage中add进一个哨兵对象，即前面说的POOL_BOUNDARY宏，值为0（也就是个nil），那么这一个page就变成了下面的样子：
objc_autoreleasePoolPush 的返回值就是这个哨兵对象的地址，同时当作 objc_autoreleasePoolPop 的入参：
- 根据传入的哨兵对象地址找到哨兵对象所处的page
- 在当前page中，将晚于哨兵对象插入的所有autorelease对象都发送一次- release消息，并向回移动next指针到正确位置
- kill掉空page
pop之后就变成了这样：
总结一下autoreleasepool的用法：在非UI框架，或者辅助线程中，或者处理大量的临时变量时，需要使用
@autoreleasepool {}。编译器会将其转为push和pop两个操作，中间是我们自己的业务逻辑。push时是向AutoReleasePoolPage添加一个值为nil的哨兵对象，并作为该方法的返回值，也是pop方法的入参。pop时根据哨兵对象的地址获取到当前page,然后在当前page中,将晚于哨兵对象添加的对象都发送一次release命令,并更新next指针位置,最后kill掉空page。autoreleasepool允许多层嵌套，逻辑如上，不过是一个个的套娃，一层层的剥离罢了。
结语：内存管理是iOS开发或者面试永远绕不开的一个坎儿，想要完全跨越它，必须一步一个脚印，慢慢攻克。理解这些原理性的东西，实际编程的时候才有理论指导，不至于两眼一抹黑。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。。。
参考文章：
《iOS与OS X多线程和内存管理》
http://www.cocoachina.com/ios/20170410/19030.html
https://juejin.im/entry/58a178060ce463005644ee4a
http://blog.sunnyxx.com/2014/10/15/behind-autorelease/
