快捷導(dǎo)航

IOS中內(nèi)存管理那些事

更新時(shí)間：2015年11月14日 12:24:05 投稿：hebedich

這篇文章主要介紹了IOS中內(nèi)存管理那些事的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

Objective-C 和 Swift 語言的內(nèi)存管理方式都是基于引用計(jì)數(shù)「Reference Counting」的，引用計(jì)數(shù)是一個(gè)簡單而有效管理對象生命周期的方式。引用計(jì)數(shù)分為手動(dòng)引用計(jì)數(shù)「ARC: AutomaticReference Counting」和自動(dòng)引用計(jì)數(shù)「MRC: Manual Reference Counting」，現(xiàn)在都是用 ARC 了，但是我們還是很有必要了解 MRC。

1. 引用計(jì)數(shù)的原理是什么？

當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)新對象時(shí)，他的引用計(jì)數(shù)為1；

當(dāng)有一個(gè)新的指針指向這個(gè)對象時(shí)，他的引用計(jì)數(shù)就加1；

當(dāng)對象關(guān)聯(lián)的某個(gè)指針不再指向他時(shí)，他的引用計(jì)數(shù)就減1；

當(dāng)對象的引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，說明此對象不再被任何指針指向，這時(shí)我們就可以將對象銷毀，回收內(nèi)存。

由于引用計(jì)數(shù)簡單有效，除了 Objective-C 語言外，Microsoft 的 COM「Component Object Model」、C++11（基于引用計(jì)數(shù)的智能指針 share_prt）等語言也提供了基于引用計(jì)數(shù)的內(nèi)存管理方式。

舉個(gè)例子：

新建工程，Xcode 默認(rèn)開啟的是 ARC，我們這里針對「AppDelegate.m」文件使用 MRC，進(jìn)行以下配置：

選擇目標(biāo)工程，然后在「Build Phases」的「Compile Sources」下的「AppDelegate.m」文件配置編譯器參數(shù)「Compiler Flags」值為「-fno-objc-arc」

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
  NSObject *objO = [NSObject new];
  NSLog(@"Reference Count: %lu", (unsigned long)[objO retainCount]); // 1
  NSObject *objB = [objO retain];
  NSLog(@"Reference Count: %lu", (unsigned long)[objO retainCount]); // 2
  [objO release];
  NSLog(@"Reference Count: %lu", (unsigned long)[objO retainCount]); // 1
  [objO release];
  NSLog(@"Reference Count: %lu", (unsigned long)[objO retainCount]); // 1
  
  [objO setValue:nil forKey:@"test"]; // 僵尸對象，向野指針發(fā)送消息會(huì)報(bào)錯(cuò)（EXC_BAD_ACCESS）
  
  return YES;
}

Xcode 默認(rèn)不會(huì)監(jiān)控僵尸對象，這里我們配置開啟他，然后就可以看到具體的跟蹤信息了：

也可以通過選擇「Product」下的「Profile」來打開「Instruments」工具集。然后選擇「Zombies」，再單擊右下角的「Choose」按鈕進(jìn)入檢測界面，這時(shí)點(diǎn)擊左上角的「Record」紅色圓點(diǎn)按鈕開始檢測。

1.1 上面例子，為什么最后一次通過 retainCount 獲取的值為1，而不是為0呢？

因?yàn)樵搶ο蟮膬?nèi)存已經(jīng)被回收，我們向一個(gè)被回收的對象發(fā)送 retainCount 消息，他的輸出結(jié)果是不確定的，如果該對象所占內(nèi)存被復(fù)用了，那么就可能造成程序異常崩潰。

而且當(dāng)最后一次執(zhí)行 release 時(shí)，系統(tǒng)已經(jīng)知道馬上要回收內(nèi)存了，就沒必要再將 retainCount 減1，因?yàn)椴还軠p不減1，該對象都會(huì)被回收，回收后他所在內(nèi)存區(qū)域（包括 retainCount 值）就沒有意義了。不將retainCount 減1變?yōu)?，可以減少一次內(nèi)存操作，加快對象的回收。

1.2 什么是僵尸對象、野指針、空指針呢？

僵尸對象：所占用內(nèi)存已經(jīng)被回收的對象，僵尸對象不能再使用。

野指針：指向僵尸對象（不可用內(nèi)存）的指針，給野指針發(fā)送消息會(huì)報(bào)錯(cuò)（EXC_BAD_ACCESS）。

空指針：沒有指向任何對象的指針（存儲(chǔ)的是 nil、NULL），給空指針發(fā)送消息不會(huì)報(bào)錯(cuò)；空指針的一個(gè)經(jīng)典使用場景就是在開發(fā)中獲取服務(wù)器 API 數(shù)據(jù)時(shí)，轉(zhuǎn)換野指針為空指針，避免發(fā)送消息報(bào)錯(cuò)。

2. 為什么需要引用計(jì)數(shù)？

從上面簡單例子，我們還看不出引用計(jì)數(shù)真正的用處，因?yàn)樵搶ο蟮纳芷谥皇窃谝粋€(gè)方法內(nèi)。在真實(shí)的應(yīng)用場景中，我們在方法內(nèi)使用臨時(shí)對象，通常不需要修改他的引用計(jì)數(shù)，只需要在方法返回前銷毀對象就可以了。

然而，引用計(jì)數(shù)真正派上用場的場景是在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)架構(gòu)中，用于對象之間傳遞和共享數(shù)據(jù)。

舉個(gè)例子：

假如對象 A 生成了一個(gè)對象 O，需要調(diào)用對象 B 的某個(gè)方法，將對象 O 作為參數(shù)傳遞過去。

在沒有引用計(jì)數(shù)的情況下，一般內(nèi)存管理的原則是「誰申請誰釋放」，那么對象 A 就需要在對象 B 不再需要對象 O 的時(shí)候，將對象 O 銷毀。但對象 B 可能臨時(shí)用一下對象 O，也可以覺得他重要，將他設(shè)置為自己的一個(gè)成員變量，在這種情況下，什么時(shí)候銷毀對象 O 就成了一個(gè)難題了。

對于以上情況有兩種做法：

（1）對象 A 在調(diào)用完對象 B 的某個(gè)方法之后，馬上銷毀參數(shù)對象 O，然后對象 B 需要將對象 O 復(fù)制一份，生成另一個(gè)對象 O2，同時(shí)自己來管理對象 O2 的生命周期。但是這種做法有一個(gè)很大的問題，就是他帶來更多的內(nèi)存申請、復(fù)制、釋放的工作。本來可以復(fù)用的對象，因?yàn)椴环奖愎芾硭纳芷?，就簡單地把他銷毀，又重新構(gòu)造一份一樣的，實(shí)在太影響性能。

（2）對象 A 只負(fù)責(zé)生成對象 O，之后就由對象 B 負(fù)責(zé)完成對象 O 的銷毀工作。如果對象 B 只是臨時(shí)用一下對象 O，就可以用完后馬上銷毀，如果對象 B 需要長時(shí)間使用對象 O，就不銷毀他。這種做法看似解決了對象復(fù)制的問題，但是他強(qiáng)烈依賴于 A 和 B 兩個(gè)對象的配合，代碼維護(hù)者需要明確地記住這種編程約定。而且，由于對象 O 的生成和釋放在不同對象中，使得他的內(nèi)存管理代碼分散在不同對象中，管理起來也很費(fèi)勁。如果這個(gè)時(shí)候情況更加復(fù)雜一些，例如對象 B 需要再向?qū)ο?C 傳遞參數(shù)對象 O，那么這個(gè)對象在對象 C 中又不能讓對象 C 管理。所以這種方法帶來的復(fù)雜度更高，更加不可取。

引用計(jì)數(shù)的出現(xiàn)很好地解決這個(gè)問題，在參數(shù)對象 O 的傳遞過程中，哪些對象需要長時(shí)間使用他，就把他的引用計(jì)數(shù)加1，使用完就減1。所有對象遵守這個(gè)規(guī)則，對象的生命周期管理就可以完全交給引用計(jì)數(shù)了。我們也可以很方便地享受到共享對象帶來的好處。

2.1 什么是循環(huán)引用「Reference Cycles」問題，怎么解決呢？

引用計(jì)數(shù)這種內(nèi)存管理方式雖然簡單，但有一個(gè)瑕疵就是他不能自動(dòng)解決循環(huán)引用的問題。

舉個(gè)例子：

對象 A 和對象 B 相互引用對方作為自己的成員變量，只有當(dāng)自己銷毀時(shí)，才將自己的成員變量的引用計(jì)數(shù)減1，因?yàn)閷ο?A 和對象 B 的銷毀相互依賴，這樣就造成我們所說的循環(huán)引用問題了。

循環(huán)引用會(huì)導(dǎo)致即使外界已經(jīng)沒有任何指針能夠訪問他們了，但是他們所占資源仍然無法釋放的情況。

解決循環(huán)引用問題主要有兩種方法：

（1）明確知道哪里存在循環(huán)引用，合理時(shí)機(jī)主動(dòng)斷開環(huán)中的一個(gè)引用，使得對象得以回收。這種方法不常用，因?yàn)樗蕾囬_發(fā)人員自己手工顯式控制，相當(dāng)于回到以前「誰申請誰釋放」的內(nèi)存管理年代。

（2）使用弱引用「Weak Reference」，「weak」「__weak」類型，這種方法常用。弱引用雖然持有對象，但是并不增加他的引用計(jì)數(shù)。弱引用的一個(gè)經(jīng)典使用場景就是委托代理「delegate」協(xié)議模式。

2.2 Xcode 中有什么工具可以檢測循環(huán)引用嗎？

在 Xcode 中有「Instruments」工具集可以很方便地檢測循環(huán)引用。

舉個(gè)例子：

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  
  NSMutableArray *mArrFirst = [NSMutableArray array];
  NSMutableArray *mArrSecond = [NSMutableArray array];
  [mArrFirst addObject:mArrSecond];
  [mArrSecond addObject:mArrFirst];
}

可以選擇「Product」下的「Profile」來打開「Instruments」工具集。

然后選擇「Leaks」，再單擊右下角的「Choose」按鈕進(jìn)入檢測界面，這時(shí)點(diǎn)擊左上角的「Record」紅色圓點(diǎn)按鈕開始檢測。

3. Core Foundation 對象的內(nèi)存管理

ARC 是編譯器特性，他不是運(yùn)行時(shí)特性，更不是垃圾回收器「GC」。

ARC 能夠解決 iOS 開發(fā)中90%的內(nèi)存管理問題，但是另外10%的內(nèi)存管理問題是需要開發(fā)人員自己處理的，這主要是與底層 Core Foundation 對象交互的部分，底層 Core Foundation 對象由于不在 ARC 的管理下，所以需要自己維護(hù)這些對象的引用計(jì)數(shù)。

實(shí)際上 Core Foundation 對象使用的 CFRetain 和 CFRelease 方法，可以認(rèn)為與 Objective-C 對象的 retain 和 release 方法等價(jià)，所以我們可以以 MRC 的方式進(jìn)行類似管理。

3.1 在 ARC 中，通過什么方式可以把 Core Foundation 對象轉(zhuǎn)換為 Objective-C 對象呢？

轉(zhuǎn)換的過程，其實(shí)是告訴編譯器，對象的引用計(jì)數(shù)如何調(diào)整。

這里我們可以使用橋接「bridge」相關(guān)關(guān)鍵字來進(jìn)行轉(zhuǎn)換工作，以下是這些（雙下劃線）關(guān)鍵字的說明：

（1）__bridge：只做類型轉(zhuǎn)換，不修改相關(guān)對象的引用計(jì)數(shù)，原來的 Core Foundation 對象在不用時(shí)，需要調(diào)用 CFRelease 方法。

（2）__bridge_retained：類型轉(zhuǎn)換后，將相關(guān)對象的引用計(jì)數(shù)加1，原來的 Core Foundation 對象在不用時(shí)，需要調(diào)用 CFRelease 方法。

（3）__bridge_transfer：類型轉(zhuǎn)換后，將相關(guān)對象的引用計(jì)數(shù)交給 ARC 管理，原來的 Core Foundation 對象在不用時(shí)，不需要調(diào)用 CFRelease 方法。

我們根據(jù)具體的業(yè)務(wù)邏輯，合理使用上面的三種轉(zhuǎn)換關(guān)鍵字，就可以解決Core Foundation 對象與 Objective-C 對象相對轉(zhuǎn)換的問題了。

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