iOS 内存管理 内存布局 Copy Tagged Pointer 引用计数存储

我们先看下以下几道题目:

  1. 使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点
  2. 介绍下内存的几大区域
  3. 讲一下你对iOS内存管理的理解
  4. ARC都帮我们做了什么?
  5. weak指针得实现原理

解答:

1. 使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点?

CADisplayLink保证调用频率和屏幕的刷帧一致,60FPS。
CADisplayLink、NSTimer都会对target进行引用,很容易造成循环引用得问题,造成target无法释放。

     self.link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(linkTest)];
     [self.link addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
》》》》》》》》》》》》》》》》》》
     self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0f target:self selector:@selector(timerTest) userInfo:nil repeats:YES];

解决方法:
1. timer使用block方法,来对target进行弱引用。
2. 使用一个中间类,弱引用target,然后用消息转发再次转发给target。因为中间类跟target是弱引用,当vc delloc的时候,会正常进行释放,timer也会释放,避免了循环引用得问题。

//JWHelper继承NSObject
#import "JWHelper.h"
@interface JWHelper()
@property (nonatomic, weak) id target;
@end
@implementation JWHelper
+ (instancetype)initHelperTarget:(id)target {
    JWHelper * helper = [JWHelper new];
    helper.target = target;
    return helper;
}
//消息转发给target
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return self.target;
}
@end

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>调用>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
  self.link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:[JWHelper initHelperTarget:self] selector:@selector(linkTest)];
  [self.link addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
   self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0f target: [JWHelper initHelperTarget:self] selector:@selector(timerTest) userInfo:nil repeats:YES];

NSProxy类

在OC中,NSProxy类属于NSObject同级别得基类,NSProxy主要作用就是负责消息转发机制,当转发到的selector之后会直接调用

-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

两个方法进行消息转发机制,该类转发效率比NSObject效率高,因为他不会从缓存类/superClass内部寻找方法,如果没有找到再进行消息转发。它是直接进行消息转发,所以效率更高。

//JWProxy继承NSProxy
@interface JWProxy()
@property (nonatomic, weak) id target;
@end
@implementation JWProxy
+ (instancetype)initHelperTarget:(id)target {
    JWProxy * proxy = [JWProxy alloc];
    proxy.target = target;
    return proxy;
}
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    return [self.target methodSignatureForSelector:aSelector];
}
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    [anInvocation invokeWithTarget:self.target];
}
@end

NSTimer、CADisplayLink是依赖RunLoop实现的,当每次执行一圈RunLoop系统会计算是否满足触发定时器的条件,所以使用RunLoop触发定时器有误差,造成不准时,如果对精度比较高使用GCD定时器。

//GCD创建定时器
@interface JWGCDTimer()
@property (nonatomic, strong) dispatch_source_t timer;
@end

@implementation JWGCDTimer
+ (instancetype)initTimer:(NSTimeInterval)start interval:(NSTimeInterval)interval handler:(void (^)(void))block {
    return [[JWGCDTimer alloc]initTimer:start interval:interval handler:block];
}
- (instancetype)initTimer:(NSTimeInterval)start interval:(NSTimeInterval)interval handler:(void (^)(void))block {
    if (self = [super init]) {
        dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
        dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, start * NSEC_PER_SEC, interval * NSEC_PER_SEC);
        dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
            if (block) {
                block();
            }
        });
        dispatch_resume(timer);
        self.timer = timer;
    }
    return self;
}

2. 内存布局

iOS程序的内存格局大致分为一下几段:
内存地址从低地址--->高地址:保留区(系统保留)、代码段(__TEXT)、数据段(__DATA)、堆区、栈区、系统内核区域。

  • 代码段: 我们编写得代码,最终变成机器指令存放再代码段、
  • 数据段: 分为:
    1.字符串常量:比如NSString * str = @"123"; @"123"存放在在数据段此区域。
    2.已初始化数据:已初始化的全局变量、静态变量(static int a = 10;)等
    3.未初始化数据:未初始化的全局变量、静态变量等
  • 堆:通过alloc、malloc、calloc等动态分配内存的区域,通过低地址向高地址分配
  • 栈:函数调用开销,比如局部变量得开销。通过高地址向低地址分配,代码越向后地址越低。


    程序内存布局

Tagged Pointer技术

  • 从64bit开始,iOS引入了Tagged Pointer技术来优化NSNumber、NSDate、- NSString等小对象得存储。
  • 在没有使用Tagged Pointer之前,NSNumber等对象需要动态分配内存、维护技术表、NSNumber指针存储得是堆中NSNumber对象的地址值。
  • 使用Tagged Pointer会讲tag+data的形式储存在指针当中。
  • 当(Mac平台)对象地址的最低有效位是1,则该指针为taggedpointer
  • 当(iPhone 开发)对象地址的最高有效位是1,则该指针为taggedpointer
  • 当指针不够存储数据时,才会使用都动态分配内存的方式来存储数据
  • objc_msgSend能识别Tagged Pointer比如NSNumber得intValue方法,直接从指针提取数据,节省了以前的调用开销。
NSString * str = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
NSString * str1 = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijklmn"];
NSLog(@"%p=====%p",str,str1);
------------------------------------------------
2018-12-13 14:33:47.574247+0800 Atomic[63696:6388988] 0xa000000006362613=====0x60000003a5c0

如何区别是否是Tagged Pointer?
str:地址的高位0xa 二进制是:1010,有效位是1 属于是Tagged Pointer。
str1:地址的高位0x6 二进制是:0220,有效位是0 不属于是Tagged Pointer。

MRC 引用计数

  • 在iOS种,使用引用计数来管理OC对象的内存。
  • 一个新创建得OC对象引用计数默认是1,当引用计数为0的时候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-1
  • 当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回一个对象,在不需要得时候都需要release或者autoRelease释放他
//MRC下setter方法下手动内存管理,先释放旧值,再保存新值。
//@property(nonatomic,retain) id obj 原理
- (void)setDog:(JWDog *)dog {
    if (_dog != dog) {
        [_dog release];
        _dog = [dog retain];
    }
}

Copy

  • copy:产生不可变副本,浅拷贝,指针拷贝,没有产生新的对象,产生一个新指针指向该内容区域,相当于retain
  • mutableCopy:产生可变副本,深拷贝,内容拷贝,复制一份全新的内容

[不可变str copy] 浅拷贝
[不可变str mutableCopy] 深拷贝
[可变str copy] 深拷贝
[可变str mutableCopy] 深拷贝


深浅拷贝主要是看是否拷贝源是否可变。
浅拷贝 相当于执行了一次retain操作,并没有产生新对象,引用计数会+1
深拷贝 相当于创建了一个新对象,新对象引用计数初始为1,原对象并没有+1。

拷贝分析

引用计数的存储

从arm64位之后,引用计数是存储在isa指针中的。isa指针进行了优化,使用union(共用体)来存储指针。

isa指针

其中 uintptr_t has_sideTable_rc:1 、 extra_rc:19就是来存储引用计数的(实际值是存储引用计数-1)。
从isa指针中的19位二进制位来存储引用计数,当存储超过上限的时候会让
has_sideTable_rc值为1,然后将存储在一个SideTable的类的属性中。
objc4/NSObject.mm

struct SideTable {
    spinlock_t slock;  //自旋锁
    RefcountMap refcnts; //存储的哈希表
    weak_table_t weak_table;  //弱引用的哈希表
...
};

查看引用计数的源码也可以看看出


引用计数的获取

weak指针的实现原理

当一个__weak指向一个对象的时候,会将此对象的地址值作为key,放入全局的SideTable中的一个叫weak_table的哈希表中存储,当该对象该释放的时候,会根据isa指针中的weakly_referenced属性来检查是否存在弱引用,存在的话,系统根据weak_table表中将该对象的地址值作为key&一个mask值来找到存储得位置并且删除,外部将此对象置为nil,并且释放该对象,回收内存。

ARC是由LLVM编译器(大括号后面自动调用release)和Runtime(动态销毁对象)协同产生的一种技术。