swift語言AutoreleasePool原理及使用場景
使用場景
在ARC下，AutoreleasePool主要應用在大量創(chuàng)建臨時對象的場景，通過AutoreleasePool控制內存峰值，是一個很好的選擇。
NSAutoreleasePool
在MRC可以調用NSAutoreleasePool使對象延遲釋放，在ARC下這個API已經被禁用。
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; // ... [pool release];
@autoreleasepool
除了NSAutoreleasePool還可以使用@autoreleasepool，并且蘋果推薦使用@autoreleasepool，因為這個API性能更好，在ARC下依然可以使用@autoreleasepool。
無論是MRC還是ARC，autorelease最大的作用，是在大量創(chuàng)建對象的同時，通過修飾讓內存得到提前釋放，從而降低內存峰值。
@autoreleasepool {
NSMutableArray *channelItemsJSONArray = [NSMutableArray arrayWithContentsOfFile:[self cachedChannelItemsFile]];
NSArray *items = [self channelItemsJSONArray];
if (![items writeToFile:[self cachedChannelItemsFile] atomically:YES]) {
[channelItemsJSONArray writeToFile:[self cachedChannelItemsFile] atomically:YES];
}
items = nil;
}
__autoreleasing
在ARC下，需要被自動釋放的對象，可以用__autoreleasing修飾，讓對象延遲釋放。
+ (NSArray *)parseString:(NSString *)originalM3U8Str m3u8Host:(NSString *)m3u8url error:(NSError *__autoreleasing *)errorPtr;
源碼分析
__AtAutoreleasePool結構體
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {
atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
}
~__AtAutoreleasePool() {
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
}
void * atautoreleasepoolobj;
};
@autoreleasepool本質上會被系統(tǒng)轉換成C++的__AtAutoreleasePool結構體，@autoreleasepool的大括號開始，對應著objc_autoreleasePoolPush函數。大括號結束，對應著objc_autoreleasePoolPop函數。通過clang命令將OC代碼轉成C++代碼，可以看到有一個__AtAutoreleasePool結構體。
__AtAutoreleasePool結構體在創(chuàng)建的時候會執(zhí)行objc_autoreleasePoolPush函數，在釋放的時候會執(zhí)行析構函數，并執(zhí)行objc_autoreleasePoolPop函數。在這兩個函數內部，會調用AutoreleasePoolPage的push和pop函數。
AutoreleasePoolPage
在運行時代碼中，objc_autoreleasePoolPop和objc_autoreleasePoolPush，都調用了AutoreleasePoolPage類的實現。
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
return AutoreleasePoolPage::push();
}
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
在AutoreleasePoolPage的定義中，可以看到有parent和child的定義，當page中對象太多存儲不下時，會創(chuàng)建其他的page對象來存儲，AutoreleasePoolPage的結構是一個雙向鏈表。在插入新的autorelease對象時，也會從鏈表頭向后查找，直到找到未滿的page。
class AutoreleasePoolPage
{
magic_t const magic; // 校驗page的結構是否完整
id *next; // 指向下一個可以存放autorelease對象的地址
pthread_t const thread; // 當前所在的線程
AutoreleasePoolPage * const parent; // 當前page的父節(jié)點
AutoreleasePoolPage *child; // 當前page的子節(jié)點
uint32_t const depth; // page的深度
uint32_t hiwat;
}
AutoreleasePoolPage是一個C++的類，每個page占4096個字節(jié)，也就是16進制的0x1000，也就是4kb的空間。這些空間中，其自身的成員變量只占56個字節(jié)，也就是下面七個成員變量，每個占8字節(jié)，總共56個字節(jié)。其他的四千多個字節(jié)，都用來存放被autorelease修飾的對象內存地址。
POOL_BOUNDARY
POOL_BOUNDARY的作用是，區(qū)分不同的自動釋放池，也就是不同的@autoreleasepool。調用push時，會傳入POOL_BOUNDARY并返回一個地址例如0x1038，0x1038是不存儲@autorelease對象的地址的，起到一個標識作用，用來分割不同的@autoreleasepool。
調用pop時，會傳入end的地址，并從后到前調用對象的release方法，直到POOL_BOUNDARY為止。如果存在多個page，會從child的page的最末尾開始調用，直到POOL_BOUNDARY。page的結構是一個棧結構，釋放的時候也是從棧頂開始釋放。
next指針指向棧頂，是棧里面很常見的一個設計。AutoreleasePoolPage和POOL_BOUNDARY的區(qū)別在于，AutoreleasePoolPage負責維護存儲區(qū)域，而POOL_BOUNDARY則負責分割存儲在page中的對象地址，以@autoreleasepool為單位進行分割。
多層嵌套
@autoreleasepool {
NSObject *p1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *p2 = [[NSObject alloc] init];
@autoreleasepool {
NSObject *p3 = [[NSObject alloc] init];
@autoreleasepool {
NSObject *p4 = [[NSObject alloc] init];
}
}
}
如果是多層@autoreleasepool的嵌套，會用同一個AutoreleasePoolPage對象。以下面的三個嵌套為例，在同一個page中的順序是下圖這樣。不同的@autoreleasepool以POOL_BOUNDARY做分割。
push
創(chuàng)建一個autoreleasePool之后，就會調用push函數。在push函數中會判斷是否調試模式下，如果調試模式會每次生成一個新的page。debug環(huán)境代碼可以直接忽略，只保留autoreleaseFast函數。
static inline void *push()
{
id *dest;
if (DebugPoolAllocation) {
dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
} else {
dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
}
return dest;
}
autoreleaseFast
在函數內部，會通過hotPage獲取當前的page，hotPage函數內部本質上是一個page和key的映射。
- 如果
page不為空并且有空間，則調用page的add函數將對象添加到page中，并將POOL_BOUNDARY添加在當前的位置。 - 如果
page已經被創(chuàng)建但沒有空間，會調用autoreleaseFullPage函數創(chuàng)建新的page，并且將鏈表的末尾指向新創(chuàng)建的page。 - 如果沒有創(chuàng)建
page，則調用autoreleaseNoPage函數創(chuàng)建一個新的page，并且將當前線程的hotPage設置為新創(chuàng)建的page。
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
if (page && !page->full()) {
return page->add(obj);
} else if (page) {
return autoreleaseFullPage(obj, page);
} else {
return autoreleaseNoPage(obj);
}
}
autoreleaseFullPage
- 在
autoreleaseFullPage函數中，會從page的鏈表中，從前往后找到末尾的節(jié)點。 - 創(chuàng)建一個新的
page，在創(chuàng)建函數AutoreleasePoolPage中會處理parent和child指針的問題，返回的page可以直接用。 - 調用
setHotPage將page設置到哈希表中，并且調用page的add函數將autorelease修飾的對象，添加到page中。
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page)
{
do {
if (page->child) page = page->child;
else page = new AutoreleasePoolPage(page);
} while (page->full());
setHotPage(page);
return page->add(obj);
}
autoreleaseNoPage
autoreleaseNoPage函數的核心代碼比較簡單，就是創(chuàng)建一個新的page，隨后設置POOL_BOUNDARY標志，并且把對象添加進去。在函數中需要留意POOL_BOUNDARY標志，很多地方都用來做page是否為空的判斷。
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseNoPage(id obj)
{
AutoreleasePoolPage *page = new AutoreleasePoolPage(nil);
setHotPage(page);
if (pushExtraBoundary) {
page->add(POOL_BOUNDARY);
}
return page->add(obj);
}
add
add函數比較簡單，核心邏輯就是將obj放入next指針的位置，并且對next指針進行++，指向下一個位置。*next++表示先用后加，先將obj存入next的地址，隨后+1。
id *add(id obj)
{
ASSERT(!full());
unprotect();
id *ret = next;
*next++ = obj;
protect();
return ret;
}
pop
調用pop函數時，有三步處理。
- 判斷
autoreleasepool是否為空，通過EMPTY_POOL_PLACEHOLDER占位符判斷，為空則清空這個page。 - 傳入的
stop是否不等于POOL_BOUNDARY標識，如果不等于則可能是一個有問題的page。 - 調用
popPage方法，釋放對象。
static inline void
pop(void *token)
{
AutoreleasePoolPage *page;
id *stop;
// 1.
if (token == (void*)EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) {
page = hotPage();
if (!page) {
return setHotPage(nil);
}
page = coldPage();
token = page->begin();
} else {
page = pageForPointer(token);
}
// 2.
stop = (id *)token;
if (*stop != POOL_BOUNDARY) {
if (stop == page->begin() && !page->parent) {
} else {
return badPop(token);
}
}
// 3.
return popPage<false>(token, page, stop);
}
popPage
popPage函數核心代碼就是調用releaseUntil函數，在最開始會調用releaseUntil函數去完成釋放操作。
按照page達到一半就擴容的原則，后面的if語句會判斷執(zhí)行pop后page鏈表的狀態(tài)。
如果少于半滿，就將子節(jié)點刪除。
如果大于半滿，則保留子節(jié)點，并刪除后面的節(jié)點。
static void
popPage(void *token, AutoreleasePoolPage *page, id *stop)
{
page->releaseUntil(stop);
if (page->child) {
if (page->lessThanHalfFull()) {
page->child->kill();
}
else if (page->child->child) {
page->child->child->kill();
}
}
}
releaseUntil
在releaseUntil函數內部，核心邏輯是從當前page，從后到前調用objc_release，釋放被autorelease修飾的對象。
- 獲取當前的
hotPage。 - 判斷
page是否為空，如果為空則表示里面的對象被釋放完，則將page的父節(jié)點page設置為hotPage。 - 獲得上一個節(jié)點，
->的算數優(yōu)先級比--要高，所以是先通過next獲取當前節(jié)點地址，這是一個為空的待存入節(jié)點，隨后執(zhí)行--操作獲取上一個對象地址。 - 通過
memset將上一個節(jié)點釋放。 - 判斷上一個節(jié)點是否占位符號
POOL_BOUNDARY，如果不是則調用objc_release釋放對象。 - 在
while循環(huán)結束后，將當前page設置為hotPage。
void releaseUntil(id *stop)
{
while (this->next != stop) {
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
while (page->empty()) {
page = page->parent;
setHotPage(page);
}
page->unprotect();
id obj = *--page->next;
memset((void*)page->next, SCRIBBLE, sizeof(*page->next));
page->protect();
if (obj != POOL_BOUNDARY) {
objc_release(obj);
}
}
setHotPage(this);
}
autorelease
對象調用autorelease方法會被編譯器轉換為objc_autoreleaseReturnValue方法，并且經過多層調用，會來到底層的autorelease函數。
在這個函數中會判斷傳入的對象是否tagged pointer，因為tagged pointer沒有引用計數的概念。隨后會調用autoreleaseFast函數，函數內部調用add函數將obj對象加入到page中，并且會判斷是否需要創(chuàng)建新的page。
static inline id autorelease(id obj)
{
assert(!obj->isTaggedPointer());
id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
return obj;
}
hotPage
hotPage可以被理解為，page鏈表的末尾，也就是調用push函數被插入的位置。執(zhí)行hotPage函數獲取，以及調用setHotPage設置，都是操作的鏈表的末尾page。
AutoreleasePoolPage對象和線程一一對應，并且都被存儲在tls的哈希表中。通過tls_get_direct函數并傳入key可以獲取到對應的自動釋放池。
static inline AutoreleasePoolPage *hotPage()
{
AutoreleasePoolPage *result = (AutoreleasePoolPage *)
tls_get_direct(key);
if ((id *)result == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) return nil;
if (result) result->fastcheck();
return result;
}
hotPage函數中的判斷是下面的定義，這個標示意思是當前page為空，也就是從未存儲過任何對象。是一個標志位，下面是標志位的定義。
# define EMPTY_POOL_PLACEHOLDER ((id*)1)
coldPage
coldPage只有獲取函數，沒有設置函數。這是因為coldPage函數本質上，就是尋找page鏈表的根節(jié)點，從源碼中的while循環(huán)可以看到。
static inline AutoreleasePoolPage *coldPage()
{
AutoreleasePoolPage *result = hotPage();
if (result) {
while (result->parent) {
result = result->parent;
result->fastcheck();
}
}
return result;
}
調試
_objc_autoreleasePoolPrint
如果想調試自動釋放池，可以通過_objc_autoreleasePoolPrint私有API來進行。將項目改為MRC，并且在命令行項目中增加下面這些調試代碼。
int main(int argc, const char * argv[]) {
_objc_autoreleasePoolPrint(); // print1
@autoreleasepool {
_objc_autoreleasePoolPrint(); // print2
Person *p1 = [[[Person alloc] init] autorelease];
Person *p2 = [[[Person alloc] init] autorelease];
_objc_autoreleasePoolPrint(); // print3
}
_objc_autoreleasePoolPrint(); // print4
return 0;
}
打印結果如下，可以看到POOL_BOUNDARY在page中也占了一個位置。
objc[68122]: ############## (print1) objc[68122]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0 objc[68122]: 0 releases pending. // 當前自動釋放池中沒有任何對象 objc[68122]: [0x102802000] ................ PAGE (hot) (cold) objc[68122]: ############## objc[68122]: ############## (print2) objc[68122]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0 objc[68122]: 1 releases pending. // 當前自動釋放池中有1個對象，這個對象為POOL_BOUNDARY objc[68122]: [0x102802000] ................ PAGE (hot) (cold) objc[68122]: [0x102802038] ################ POOL 0x102802038 //POOL_BOUNDARY objc[68122]: ############## objc[68122]: ############## (print3) objc[68122]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0 objc[68122]: 3 releases pending. // 當前自動釋放池中有3個對象 objc[68122]: [0x102802000] ................ PAGE (hot) (cold) objc[68122]: [0x102802038] ################ POOL 0x102802038 //POOL_BOUNDARY objc[68122]: [0x102802040] 0x100704a10 HTPerson //p1 objc[68122]: [0x102802048] 0x10075cc30 HTPerson //p2 objc[68122]: ############## objc[68156]: ############## (print4) objc[68156]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0 objc[68156]: 0 releases pending. // 當前自動釋放池中沒有任何對象，因為@autoreleasepool作用域結束，調用pop方法釋放了對象 objc[68156]: [0x100810000] ................ PAGE (hot) (cold) objc[68156]: ##############
UIApplicationMain
項目中經常會看到下面的代碼，很多人的解釋是“這個autoreleasepool是為了釋放主線程的autorelease對象的”。但是，這個說法是錯誤的。autoreleasepool只負責自己作用域中添加的對象，而主線程在運行過程中，也會隱式創(chuàng)建autoreleasepool對象，這個pool是包含在main函數的pool里面的。
所以，主線程runloop每次執(zhí)行循環(huán)后，釋放的對象是主線程的。而main函數的autoreleasepool釋放的，是main函數中直接創(chuàng)建的對象。
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
釋放時機
區(qū)分
如果是在viewDidLoad方法中創(chuàng)建一個autorelease對象，并不是在這個方法結束后釋放對象，這個說法是錯誤的。即便執(zhí)行到viewDidAppear，依然不會釋放對象。
被autorelease修飾的對象，釋放時機有兩種。
- 如果通過代碼添加一個
autoreleasepool，在作用域結束時，隨著pool的釋放，就會釋放pool中的對象。這種情況是及時釋放的，并不依賴于runloop。 - 另一種就是由系統(tǒng)自動進行釋放，系統(tǒng)會在
runloop開始的時候創(chuàng)建一個pool，結束的時候會對pool中的對象執(zhí)行release操作。
runloop
如果是系統(tǒng)創(chuàng)建的pool，需要手動開啟runloop，主線程默認已經開啟并運行，子線程需要調用currentRunLoop方法開啟并運行runloop，子線程中系統(tǒng)創(chuàng)建pool的流程才會正常工作。
包括主線程在內的每個線程，如果在線程中使用到了AutoreleasePool，則會創(chuàng)建兩個Observer并添加到當前線程的Runloop中，通過這兩個Observer進行對象的自動內存管理。
// activities = 0x1，kCFRunLoopEntry
<CFRunLoopObserver 0x60000012f000 [0x1135c2bb0]>{valid = Yes, activities = 0x1, repeats = Yes, order = -2147483647, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x10eee6276)}
// activities = 0xa0，kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit
<CFRunLoopObserver 0x60000012ef60 [0x1135c2bb0]>{valid = Yes, activities = 0xa0, repeats = Yes, order = 2147483647, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x10eee6276)}
首先會創(chuàng)建一個Observer并監(jiān)聽kCFRunLoopEntry消息，時機是在進入Runloop前，此Observer的優(yōu)先級設置為-2147483647的最高優(yōu)先級，以保證回調發(fā)生在Runloop其他事件前。
然后創(chuàng)建另一個Observer，并監(jiān)聽kCFRunLoopBeforeWaiting和kCFRunLoopExit消息，時機分別在進入Runloop休眠和退出Runloop時，將Observer的優(yōu)先級設置為2147483647，以保證回調發(fā)生在Runloop其他事件之后。
兩個Observer都有相同的回調函數_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler，在第一次回調時會在內部調用_objc_autoreleasePoolPush函數，創(chuàng)建自動釋放池。
在kCFRunLoopBeforeWaiting將要進入休眠前，調用_objc_autoreleasePoolPop函數釋放自動釋放池中的對象，并調用_objc_autoreleasePoolPush函數創(chuàng)建一個新的釋放池。在kCFRunLoopExit將要退出Runloop時調用_objc_autoreleasePoolPop函數，釋放自動釋放池中的對象。
以上就是swift語言AutoreleasePool原理及使用場景的詳細內容，更多關于swift AutoreleasePool 原理的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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