淺談 iOS ARC 內(nèi)存管理

Objective-C 采用的是引用計數(shù)式的內(nèi)存管理方式:

  • 自己生成的對象自己持有。

  • 非自己生成的對象自己也能持有。

  • 自己持有的對象不再需要時釋放。

  • 非自己持有的對象自己無法釋放。

  • 使用以下名稱開頭的方法名意味著自己生成的對象只有自己持有

  • alloc

  • new

  • copy

  • mutableCopy

/*
 * 自己生成并持有該對象
 */
 id obj0 = [[NSObeject alloc] init];
 id obj1 = [NSObeject new];
  • 非自己生成的對象,自己也能持有
/*
 * 持有非自己生成的對象
 */
id obj = [NSArray array]; // 非自己生成的對象,且該對象存在,但自己不持有
[obj retain]; // 自己持有對象

備注:通過 retain 方法來讓指針變量持有這個新生成的對象。

  • 不再需要自己持有的對象時釋放
/*
 * 不在需要自己持有的對象的時候,釋放
 */
id obj = [[NSObeject alloc] init]; // 此時持有對象
[obj release]; // 釋放對象
/*
 * 指向?qū)ο蟮闹羔樔跃捅槐A粼趏bj這個變量中
 * 但對象已經(jīng)釋放,不可訪問
 */

自己持有的對象,一旦不再需要,持有者有義務釋放該對象。釋放使用 release 方法。
當調(diào)用對象的 release 方法只是將對象的引用計數(shù)器 -1,當對象的引用計數(shù)器為 0 的時候會調(diào)用了對象的 dealloc 方法才能進行釋放對象的內(nèi)存。

  • 非自己生成的對象持有對象的釋放
//非自己生成的對象,暫時沒有持有
id obj = [NSMutableArray array];

//通過retain持有對象
[obj retain];

//釋放對象
[obj release];

兩種不允許的情況:

  • 釋放自己不持有的對象
/*
 * 非自己持有的對象無法釋放
 */
id obj = [NSArray array]; // 非自己生成的對象,且該對象存在,但自己不持有
[obj release]; // ~~~此時將運行時crash 或編譯器報error~~~ 非 ARC 下,調(diào)用該方法會導致編譯器報 issues。此操作的行為是未定義的,可能會導致運行時 crash 或者其它未知行為
  • 釋放一個已經(jīng)廢棄了的對象
id obj = [[NSObject alloc] init];//持有新生成的對象
[obj doSomething];//使用該對象
[obj release];//釋放該對象,不再持有了
[obj release];//釋放已經(jīng)廢棄了的對象,崩潰

autorelease

當對象超出其作用域時,對象實例的 release 方法就會被調(diào)用,autorelease 的具體使用方法如下:

  • 生成并持有 NSAutoreleasePool 對象。
  • 調(diào)用已分配對象的 autorelease 方法。
  • 廢棄 NSAutoreleasePool 對象。
- (id) getAObjNotRetain {
    id obj = [[NSObject alloc] init]; // 自己持有對象
    [obj autorelease]; // 取得的對象存在,但自己不持有該對象
    return obj;
}

這個特性是使用 autorelease 來實現(xiàn)的,autorelease 使得對象在超出生命周期后能正確的被釋放(通過調(diào)用 release 方法)。在調(diào)用 release 后,對象會被立即釋放,而調(diào)用 autorelease 后,對象不會被立即釋放,而是注冊到 autoreleasepool 中,當 autoreleasepool 銷毀時,會對 autoreleasepool 里面的所有對象做一次 release 操作。

ARC 環(huán)境下,id 類型和對象類型和 C 語言其他類型不同,類型前必須加上所有權(quán)的修飾符。
所有權(quán)修飾符總共有4種:

  • __strong
  • __weak
  • __autoreleasing
  • __unsafe_unretained

__strong

__strong 表示強引用,對應定義 property 時用到的 strong。當對象沒有任何一個強引用指向它時,它才會被釋放。如果在聲明引用時不加修飾符,那么引用將默認是強引用。當需要釋放強引用指向的對象時,需要保證所有指向?qū)ο髲娨弥脼?nil__strong 修飾符是 id 類型和對象類型默認的所有權(quán)修飾符。

__weak

__weak 表示弱引用,對應定義 property 時用到的 weak。弱引用不會影響對象的釋放,而當對象被釋放時,所有指向它的弱引用都會自定被置為 nil,這樣可以防止野指針。__weak 最常見的一個作用就是用來避免強引用循環(huán)。

__weak 的幾個使用場景:

  • delegate 關系中防止強引用循環(huán)。在 ARC 特性下,通常我們應該設置 delegate 屬性為 weak 的。但是這里有一個疑問,我們常用到的 UITableViewdelegate 屬性是這樣定義的:@property (nonatomic, assign) id<UITableViewDelegate> delegate;,為什么用的修飾符是assign 而不是 weak?其實這個 assignARC 中意義等同于 __unsafe_unretained(后面會講到),它是為了在 ARC 特性下兼容 iOS4 及更低版本來實現(xiàn)弱引用機制。一般情況下,你應該盡量使用 weak
  • Block 中防止強引用循環(huán)。
  • 用來修飾指向由 Interface Builder 創(chuàng)建的控件。比如:@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIButton *testButton;

另外,__weak 修飾符的變量,會被注冊到 autoreleasePool 中。

{
    id __weak obj1 = obj;
    NSLog(@"obj2-%@",obj1);
}

編譯器轉(zhuǎn)換上述代碼如下:

id obj1;
objc_initweak(&obj1,obj);
id tmp = objc_loadWeakRetained(&obj1);
objc_autorelease(tmp);
NSLog(@"%@",tmp);
objc_destroyWeak(&obj1);

objc_loadWeakRetained 函數(shù)獲取附有 __weak 修飾符變量所引用的對象并 retain, objc_autorelease 函數(shù)將對象放入 autoreleasePool 中,據(jù)此當我們訪問 weak 修飾指針指向的對象時,實際上是訪問注冊到自動釋放池的對象。因此,如果大量使用 weak 的話,在我們?nèi)ピL問 weak 修飾的對象時,會有大量對象注冊到自動釋放池,這會影響程序的性能。

解決方案:
要訪問 weak 修飾的變量時,先將其賦給一個 strong 變量,然后進行訪問。

為什么訪問 weak 修飾的對象就會訪問注冊到自動釋放池的對象呢?

因為 weak 不會引起對象的引用計數(shù)器變化,因此,該對象在運行過程中很有可能會被釋放。所以,需要將對象注冊到自動釋放池中并在 autoreleasePool 銷毀時釋放對象占用的內(nèi)存。

__autoreleasing

ARC 模式下,我們不能顯示的使用 autorelease 方法了,但是 autorelease 的機制還是有效的,通過將對象賦給 __autoreleasing 修飾的變量就能達到在 MRC 模式下調(diào)用對象的 autorelease 方法同樣的效果。

__autoreleasing 修飾的對象會被注冊到 Autorelease Pool 中,并在 Autorelease Pool 銷毀時被釋放。

注意:定義 property 時不能使用這個修飾符,因為任何一個對象的 property 都不應該是 autorelease 類型的。

__unsafe_unretained

ARC 是在 iOS5 引入的,而 __unsafe_unretained 這個修飾符主要是為了在 ARC 剛發(fā)布時兼容 iOS4 以及版本更低的系統(tǒng),因為這些版本沒有弱引用機制。這個修飾符在定義 property 時對應的是 unsafe_unretained__unsafe_unretained 修飾的指針純粹只是指向?qū)ο螅瑳]有任何額外的操作,不會去持有對象使得對象的 retainCount +1。而在指向的對象被釋放時依然原原本本地指向原來的對象地址,不會被自動置為 nil,所以成為了野指針,非常不安全。

__unsafe_unretained 的應用場景:

  • 在 ARC 環(huán)境下但是要兼容 iOS4.x 的版本,用 __unsafe_unretained 替代 __weak 解決強引用循環(huán)的問題。

最后

總結(jié), autorelease 的機制卻依然在很多地方默默起著作用,我們來看看這些場景:

  • 方法返回值。
  • 訪問 __weak 修飾的變量。
  • id 的指針或?qū)ο蟮闹羔?id *)。

方法返回值

首先,我們看這個方法:

-  (NSMutableArray *)array  {
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    return array;
}

轉(zhuǎn)化為

NSMutableArray *array = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(array));
objc_retainAutoreleasedReturnValue(array);
objc_release(array);

這里 array 的所有權(quán)修飾符是默認的 __strong。由于 return 使得 array 超出其作用域,它強引用持有的對象本該被釋放,但是由于該對象作為函數(shù)返回值,所以一般情況下編譯器會自動將其注冊到 AutoreleasePool 中(注意這里是一般情況下,在一些特定情況下,ARC 機制提出了巧妙的運行時優(yōu)化方案來跳過 autorelease 機制。)

ARC 模式下方法返回值跳過 autorelease 機制的優(yōu)化方案

為什么方法返回值的時候需要用到 autorelease機制呢?

當對象被作為參數(shù)返回 return 之后,如果調(diào)用者需要使用就需要強引用它,那么它 retainCount + 1,用完之后再清理,使它 retainCount - 1

如果在方法中創(chuàng)建了對象并作為返回值時,根據(jù) ARC 內(nèi)存管理的原則,誰創(chuàng)建誰釋放。既然作為返回值,就必須保證返回時對象沒被釋放以便方法外的調(diào)用者能拿到有效的對象,否則你返回的是 nil,有何意義呢。所以就需要找一個合理的機制既能延長這個對象的生命周期,又能保證對其釋放。這個機制就是 autorelease 機制

ARC 模式下在方法 return 的時候,會調(diào)用 objc_autoreleaseReturnValue()
方法替代 autorelease。在調(diào)用者強引用方法返回對象的時候,會調(diào)用 objc_retainAutoreleasedReturnValue() 方法,該方法會去檢查該方法或者調(diào)用方的執(zhí)行命令列表,是否會被傳給 objc_retainAutoreleasedReturnValue() 方法。如果里面有 objc_retainAutoreleasedReturnValue() 方法,那么該對象就直接返回給方法或者函數(shù)的調(diào)用方。達到了即使對象不注冊到 autoreleasepool中,也可以返回拿到相應的對象。如果沒傳,那么它就會走 autorelease 的過程注冊到 autoreleasepool 中。

訪問 __weak 修飾的變量

在訪問 __weak 修飾的變量時,實際上必定會訪問注冊到 AutoreleasePool 的對象。如下來年兩段代碼是相同的效果:

id __weak obj1 = obj0;
NSLog(@"class=%@", [obj1 class]);
// 等同于:
id __weak obj1 = obj0;
id __autoreleasing tmp = obj1;
NSLog(@"class=%@", [tmp class]);

為什么會這樣呢?因為 __weak 修飾符只持有對象的弱引用,而在訪問對象的過程中,該對象有可能被廢棄,如果把被訪問的對象注冊到 AutoreleasePool 中,就能保證 AutoreleasePool 被銷毀前對象是存在的。

id 的指針或?qū)ο蟮闹羔?id *)

另一個隱式地使用 __autoreleasing 的例子就是使用 id 的指針或?qū)ο蟮闹羔?id *) 的時候。

看一個最常見的例子:

NSError *__autoreleasing error;
if (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&error]) {
    NSLog(@"Error: %@", error);
}
// 即使上面你沒有寫 __autoreleasing 來修飾 error,編譯器也會幫你做下面的事情:
NSError *error;
NSError *__autoreleasing tempError = error; // 編譯器添加
if (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&tempError]) {
    error = tempError; // 編譯器添加
    NSLog(@"Error: %@", error);
}

error 對象在你調(diào)用的方法中被創(chuàng)建,然后被放到 AutoreleasePool 中,等到使用結(jié)束后隨著 AutoreleasePool 的銷毀而釋放,所以函數(shù)外 error 對象的使用者不需要關心它的釋放。

ARC 中,所有這種指針的指針類型(id *)的函數(shù)參數(shù)如果不加修飾符,編譯器會默認將他們認定為 __autoreleasing 類型。

有一點特別需要注意的是,某些類的方法會隱式地使用自己的 AutoreleasePool,在這種時候使用 __autoreleasing 類型要特別小心。比如 NSDictionaryenumerateKeysAndObjectsUsingBlock 方法:

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error {
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop) {
        // do stuff
        if (there is some error && error != nil) {
            *error = [NSError errorWithDomain:@"MyError" code:1 userInfo:nil];
        }
    }];
    }
}

上面的代碼中其實會隱式地創(chuàng)建一個 AutoreleasePool,類似于:

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error {
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop) {
        @autoreleasepool {  // 被隱式創(chuàng)建。
            if (there is some error && error != nil) {
                *error = [NSError errorWithDomain:@"MyError" code:1 userInfo:nil];
            }
                      }
    }];
    // *error 在這里已經(jīng)被dict的做枚舉遍歷時創(chuàng)建的 Autorelease Pool釋放掉了。
    }
}

為了能夠正常的使用 *error,我們需要一個 strong 類型的臨時引用,在 dict 的枚舉 Block 中是用這個臨時引用,保證引用指向的對象不會在出了 dict 的枚舉 Block 后被釋放,正確的方式如下:


- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error {
    NSError * __block tempError; // 加 __block 保證可以在Block內(nèi)被修改。
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop) {
        if (there is some error) {
            *tempError = [NSError errorWithDomain:@"MyError" code:1 userInfo:nil];
            }
        }]
    if (error != nil) {
        *error = tempError;
        }
}
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