iOS 內存管理 內存布局 Copy Tagged Pointer 引用計數存儲

我們先看下以下幾道題目:

  1. 使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意點
  2. 介紹下內存的幾大區域
  3. 講一下你對iOS內存管理的理解
  4. ARC都幫我們做了什么?
  5. weak指針得實現原理

解答:

1. 使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意點?

CADisplayLink保證調用頻率和屏幕的刷幀一致,60FPS。
CADisplayLink、NSTimer都會對target進行引用,很容易造成循環引用得問題,造成target無法釋放。

     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];

解決方法:
1. timer使用block方法,來對target進行弱引用。
2. 使用一個中間類,弱引用target,然后用消息轉發再次轉發給target。因為中間類跟target是弱引用,當vc delloc的時候,會正常進行釋放,timer也會釋放,避免了循環引用得問題。

//JWHelper繼承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;
}
//消息轉發給target
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return self.target;
}
@end

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>調用>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
  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類

在OC中,NSProxy類屬于NSObject同級別得基類,NSProxy主要作用就是負責消息轉發機制,當轉發到的selector之后會直接調用

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

兩個方法進行消息轉發機制,該類轉發效率比NSObject效率高,因為他不會從緩存類/superClass內部尋找方法,如果沒有找到再進行消息轉發。它是直接進行消息轉發,所以效率更高。

//JWProxy繼承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是依賴RunLoop實現的,當每次執行一圈RunLoop系統會計算是否滿足觸發定時器的條件,所以使用RunLoop觸發定時器有誤差,造成不準時,如果對精度比較高使用GCD定時器。

//GCD創建定時器
@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. 內存布局

iOS程序的內存格局大致分為一下幾段:
內存地址從低地址--->高地址:保留區(系統保留)、代碼段(__TEXT)、數據段(__DATA)、堆區、棧區、系統內核區域。

  • 代碼段: 我們編寫得代碼,最終變成機器指令存放再代碼段、
  • 數據段: 分為:
    1.字符串常量:比如NSString * str = @"123"; @"123"存放在在數據段此區域。
    2.已初始化數據:已初始化的全局變量、靜態變量(static int a = 10;)等
    3.未初始化數據:未初始化的全局變量、靜態變量等
  • 堆:通過alloc、malloc、calloc等動態分配內存的區域,通過低地址向高地址分配
  • 棧:函數調用開銷,比如局部變量得開銷。通過高地址向低地址分配,代碼越向后地址越低。


    程序內存布局

Tagged Pointer技術

  • 從64bit開始,iOS引入了Tagged Pointer技術來優化NSNumber、NSDate、- NSString等小對象得存儲。
  • 在沒有使用Tagged Pointer之前,NSNumber等對象需要動態分配內存、維護技術表、NSNumber指針存儲得是堆中NSNumber對象的地址值。
  • 使用Tagged Pointer會講tag+data的形式儲存在指針當中。
  • 當(Mac平臺)對象地址的最低有效位是1,則該指針為taggedpointer
  • 當(iPhone 開發)對象地址的最高有效位是1,則該指針為taggedpointer
  • 當指針不夠存儲數據時,才會使用都動態分配內存的方式來存儲數據
  • objc_msgSend能識別Tagged Pointer比如NSNumber得intValue方法,直接從指針提取數據,節省了以前的調用開銷。
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

如何區別是否是Tagged Pointer?
str:地址的高位0xa 二進制是:1010,有效位是1 屬于是Tagged Pointer。
str1:地址的高位0x6 二進制是:0220,有效位是0 不屬于是Tagged Pointer。

MRC 引用計數

  • 在iOS種,使用引用計數來管理OC對象的內存。
  • 一個新創建得OC對象引用計數默認是1,當引用計數為0的時候OC對象就會銷毀,釋放其占用的內存空間
  • 調用retain會讓OC對象的引用計數+1,調用release會-1
  • 當調用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回一個對象,在不需要得時候都需要release或者autoRelease釋放他
//MRC下setter方法下手動內存管理,先釋放舊值,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:產生不可變副本,淺拷貝,指針拷貝,沒有產生新的對象,產生一個新指針指向該內容區域,相當于retain
  • mutableCopy:產生可變副本,深拷貝,內容拷貝,復制一份全新的內容

[不可變str copy] 淺拷貝
[不可變str mutableCopy] 深拷貝
[可變str copy] 深拷貝
[可變str mutableCopy] 深拷貝


深淺拷貝主要是看是否拷貝源是否可變。
淺拷貝 相當于執行了一次retain操作,并沒有產生新對象,引用計數會+1
深拷貝 相當于創建了一個新對象,新對象引用計數初始為1,原對象并沒有+1。

拷貝分析

引用計數的存儲

從arm64位之后,引用計數是存儲在isa指針中的。isa指針進行了優化,使用union(共用體)來存儲指針。

isa指針

其中 uintptr_t has_sideTable_rc:1 、 extra_rc:19就是來存儲引用計數的(實際值是存儲引用計數-1)。
從isa指針中的19位二進制位來存儲引用計數,當存儲超過上限的時候會讓
has_sideTable_rc值為1,然后將存儲在一個SideTable的類的屬性中。
objc4/NSObject.mm

struct SideTable {
    spinlock_t slock;  //自旋鎖
    RefcountMap refcnts; //存儲的哈希表
    weak_table_t weak_table;  //弱引用的哈希表
...
};

查看引用計數的源碼也可以看看出


引用計數的獲取

weak指針的實現原理

當一個__weak指向一個對象的時候,會將此對象的地址值作為key,放入全局的SideTable中的一個叫weak_table的哈希表中存儲,當該對象該釋放的時候,會根據isa指針中的weakly_referenced屬性來檢查是否存在弱引用,存在的話,系統根據weak_table表中將該對象的地址值作為key&一個mask值來找到存儲得位置并且刪除,外部將此對象置為nil,并且釋放該對象,回收內存。

ARC是由LLVM編譯器(大括號后面自動調用release)和Runtime(動態銷毀對象)協同產生的一種技術。

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