iOS內(nèi)存管理引用計數(shù)示例分析

更新時間：2023年01月06日 08:55:09 作者：山海飛鳥

這篇文章主要為大家介紹了iOS內(nèi)存管理引用計數(shù)示例分析詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

內(nèi)存管理機制

目前流行的內(nèi)存管理機制主要有GC和RC兩種。

GC (Garbage Collection)：垃圾回收機制，定期查找不再使用的對象，釋放對象占用的內(nèi)存。
RC (Reference Counting)：引用計數(shù)機制。采用引用計數(shù)來管理對象的內(nèi)存，當需要持有一個對象時，使它的引用計數(shù) +1；當不需要持有一個對象的時候，使它的引用計數(shù) -1；當一個對象的引用計數(shù)為 0，該對象就會被銷毀。

Objective-C支持三種內(nèi)存管理機制：ARC、MRC和GC，但Objective-C的GC機制有平臺局限性，僅限于MacOS開發(fā)中，iOS開發(fā)用的是RC機制，從MRC到現(xiàn)在的ARC。

一個新創(chuàng)建的OC對象引用計數(shù)默認是1，當引用計數(shù)減為0，OC對象就會銷毀，釋放其占用的內(nèi)存空間

調(diào)用retain會讓OC對象的引用計數(shù)+1，調(diào)用release會讓OC對象的引用計數(shù)-1

內(nèi)存管理的經(jīng)驗總結

當調(diào)用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一個對象，在不需要這個對象時，要調(diào)用release或者autorelease來釋放它
想擁有某個對象，就讓它的引用計數(shù)+1；不想再擁有某個對象，就讓它的引用計數(shù)-1
可以通過以下私有函數(shù)來查看自動釋放池的情況

extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

以上我們對 “引用計數(shù)” 這一概念做了初步了解，Objective-C 中的 “對象” 通過引用計數(shù)功能來管理它的內(nèi)存生命周期。那么，對象的引用計數(shù)是如何存儲的呢？它存儲在哪個數(shù)據(jù)結構里？

首先，不得不提一下isa。

isa

isa指針用來維護 “對象” 和 “類” 之間的關系，并確保對象和類能夠通過isa指針找到對應的方法、實例變量、屬性、協(xié)議等；
在 arm64 架構之前，isa就是一個普通的指針，直接指向objc_class，存儲著Class、Meta-Class對象的內(nèi)存地址。instance對象的isa指向class對象，class對象的isa指向meta-class對象；
從 arm64 架構開始，對isa進行了優(yōu)化，用nonpointer表示，變成了一個共用體（union）結構，還使用位域來存儲更多的信息。將 64 位的內(nèi)存數(shù)據(jù)分開來存儲著很多的東西，其中的 33 位才是拿來存儲class、meta-class對象的內(nèi)存地址信息。要通過位運算將isa的值& ISA_MASK掩碼，才能得到class、meta-class對象的內(nèi)存地址。

// objc.h
struct objc_object {
    Class isa;  // 在 arm64 架構之前
};
// objc-private.h
struct objc_object {
private:
    isa_t isa;  // 在 arm64 架構開始
};
union isa_t 
{
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if SUPPORT_PACKED_ISA
    // extra_rc must be the MSB-most field (so it matches carry/overflow flags)
    // nonpointer must be the LSB (fixme or get rid of it)
    // shiftcls must occupy the same bits that a real class pointer would
    // bits + RC_ONE is equivalent to extra_rc + 1
    // RC_HALF is the high bit of extra_rc (i.e. half of its range)
    // future expansion:
    // uintptr_t fast_rr : 1;     // no r/r overrides
    // uintptr_t lock : 2;        // lock for atomic property, @synch
    // uintptr_t extraBytes : 1;  // allocated with extra bytes
# if __arm64__  // 在 __arm64__ 架構下
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL  // 用來取出 Class、Meta-Class 對象的內(nèi)存地址
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;  // 0：代表普通的指針，存儲著 Class、Meta-Class 對象的內(nèi)存地址
                                          // 1：代表優(yōu)化過，使用位域存儲更多的信息
        uintptr_t has_assoc         : 1;  // 是否有設置過關聯(lián)對象，如果沒有，釋放時會更快
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;  // 是否有C++的析構函數(shù)（.cxx_destruct），如果沒有，釋放時會更快
        uintptr_t shiftcls          : 33; // 存儲著 Class、Meta-Class 對象的內(nèi)存地址信息
        uintptr_t magic             : 6;  // 用于在調(diào)試時分辨對象是否未完成初始化
        uintptr_t weakly_referenced : 1;  // 是否有被弱引用指向過，如果沒有，釋放時會更快
        uintptr_t deallocating      : 1;  // 對象是否正在釋放
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;  // 如果為1，代表引用計數(shù)過大無法存儲在 isa 中，那么超出的引用計數(shù)會存儲在一個叫 SideTable 結構體的 RefCountMap（引用計數(shù)表）散列表中
        uintptr_t extra_rc          : 19; // 里面存儲的值是對象本身之外的引用計數(shù)的數(shù)量，retainCount - 1
#       define RC_ONE   (1ULL<<45)
#       define RC_HALF  (1ULL<<18)
    };
......  // 在 __x86_64__ 架構下
};

如果isa非nonpointer，即 arm64 架構之前的isa指針。由于它只是一個普通的指針，存儲著Class、Meta-Class對象的內(nèi)存地址，所以它本身不能存儲引用計數(shù)，所以以前對象的引用計數(shù)都存儲在一個叫SideTable結構體的RefCountMap（引用計數(shù)表）散列表中。

如果isa是nonpointer，則它本身可以存儲一些引用計數(shù)。從以上union isa_t的定義中我們可以得知，isa_t中存儲了兩個引用計數(shù)相關的東西：extra_rc和has_sidetable_rc。

extra_rc：里面存儲的值是對象本身之外的引用計數(shù)的數(shù)量，這 19 位如果不夠存儲，has_sidetable_rc的值就會變?yōu)?1；
has_sidetable_rc：如果為 1，代表引用計數(shù)過大無法存儲在isa中，那么超出的引用計數(shù)會存儲SideTable的RefCountMap中。

所以，如果isa是nonpointer，則對象的引用計數(shù)存儲在它的isa_t的extra_rc中以及SideTable的RefCountMap中。

SideTable

// NSObject.mm
struct SideTable {
    spinlock_t slock;        // 自旋鎖
    RefcountMap refcnts;     // 引用計數(shù)表（散列表）
    weak_table_t weak_table; // 弱引用表（散列表）
    ......
}

SideTable存儲在SideTables()中，SideTables()本質(zhì)也是一個散列表，可以通過對象指針來獲取它對應的（引用計數(shù)表或者弱引用表）在哪一個SideTable中。在非嵌入式系統(tǒng)下，SideTables()中有 64 個SideTable。以下是SideTables()的定義：

// NSObject.mm
static objc::ExplicitInit<StripedMap<SideTable>> SideTablesMap;
static StripedMap<SideTable>& SideTables() {
    return SideTablesMap.get();
}

所以，查找對象的引用計數(shù)表需要經(jīng)過兩次哈希查找：