iOS开发 - 穿针引线之内存管理(二)

简介: iOS开发 - 穿针引线之内存管理

7.自动释放池的原理


每⼀次runloop开启时,会创建⾃动释放池,这个我们下面详细讲解其和runloop的关系;

程序执⾏过程中能够⾃动释放对象,在出了其当前作⽤域之后,会被添加到最近的⾃动释放池;

runloop休眠或结束前,会释放/销毁⾃动释放池。 ⾃动释放池的主要底层数据结构是:__AtAutoreleasePool 和 AutoreleasePoolPage,调⽤了 autorelease的对象最终由AutoreleasePoolPage对象来管理,所有的AutoreleasePoolPage对象通过双向链表的形式连接在⼀起。

AutoreleasePoolPage的数据结构是AutoreleasePoolPageData。每⼀个autoreleasepool对象只有⼀个哨兵,哨兵放在第⼀⻚中,目的是销毁的时候做一个标示位。每⼀个AutoreleasePoolPage对象占⽤4094字节内存,本身成员占⽤56字节,每⼀⻚的前 56个字节存储AutoreleasePoolPage的AutoreleasePoolPageData结构体数据。第⼀⻚的第56往后8个字节存储哨兵,后⾯ 存储autorelease对象,总共可以存储504个。从第⼆⻚开始,每⻚可以存储505个对象。


objc_autoreleasepool的push查找child,没有时创建新的⻚。


objc_autoreleasepool的pop 查找parent,向上查找,释放里面的对象,销毁page,遇到哨兵对象即停⽌。


AutoreleasePoolPage 结构如下:

class AutoreleasePoolPage {
    magic_t const magic;
    id *next;//下一个存放 autorelease 对象的地址
    pthread_t const thread; //AutoreleasePoolPage 所在的线程
    AutoreleasePoolPage * const parent;//父节点
    AutoreleasePoolPage *child;//子节点
    uint32_t const depth;//深度,也可以理解为当前 page 在链表中的位置
    uint32_t hiwat;
}

曾经有人跟我说autorelasePool释放的时候引用计数表也跟着清空操作,我当时还有点懵,现在,从上表来看,autorelasePool和引用计数表是一点关系都没有的,autorelasePool释放的时候 ,随之释放的应该是被注册到autoreleasePool内的对象,第一张表总共可以存储504个,从第⼆⻚开始,每⻚可以存储505个对象。只是从上表中我们无从看到体现。


8.自动释放池什么时候被释放


App启动之后,在主线程的runloop创建之后,系统会在runloop中注册两个observer,其回调为_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。我们知道,runloop中触发工作的任务有三种,sorce/timer/observer,observer恰在其列。


第一个observer主要负责监听runloop的Enter事件,即即将进入runloop,其回调内调用_objc_autoreleasePoolPush()创建自动释放池,这个上面说自动释放池原理的时候有提到。这个observer优先级最高,保证创建自动释放池发生在其他所有回调之前完成。


第二个observer负责监听两个事件,一个是BerforWaiting,即即将进入休眠,此时调用两个函数,_objc_autoreleasePoolPop()和_objc_autoreleasePoolPush(),先释放旧的池子,再创建新的池子,因为runloop没有退出,app还在运行,自动释放池还会使用,所以不会销毁,只是释放旧池创建新池。另一个监听的是Exit,即将退出runloop,此时调用的是_objc_autoreleasePoolPop(),来释放自动释放池,这个observer优先级最低,保证释放池子发生在其他所有的回调之后。


在主线程中执行的代码多是事件回调,Timer回调,这些事件被runloop创建好的autoreleasePool所环绕,所以才有了ARC的能力,关于自动释放池和内存管理,我们下面会讲到。


9.ARC下引用计数如何存储


从64位开始,对象的引用计数就存放在优化过后的isa指针中,也可能存放在sideTable中。根据哈希算法去查找所在的位置,无需遍历,十分快捷。


SideTables 表在非嵌入式的64位系统中,有64张SideTable 表,每一张SideTable 主要是由三部分组成。自旋锁、引用计数表、 弱引用表。全局的引用计数之所以不存在同一张表中,是为了避免资源竞争,解决效率的问题。


引用计数表中引入了分离锁的概念,将一张表拆成多个部分,对他们分别加锁,可以实现并发操作,提升执行效率。通过指针的地址,查找到引用计数的地址,大大提升查找效率。存储是通过DisguisedPtr (objc_ object) 函数存储, 同时也通过这个函数查找,这样就避免了循环遍历。


10.isa里面都存储了哪些东西


现在的64位系统(arm64架构)中,苹果对isa做了优化,变成了一个共用体( union )结构,还使用位域来存储更多的信息,里面除了存储一个地址外还存储了很多其他信息。一个指针占8个字节,也就是64位,苹果只用了其中的33位来存储地址,其余31位用来存储其他信息。


nonpointer: (isa的第0位)表示是否对isa指针开启指针优化。0:纯isa指针,1:优化过的isa。

has_ assoc:(isa的第1位)记录这个对象是否是关联对象。

has_ cxx_ dtor: (isa的第2位)记录是否有c++的析构函数。

shiftcls: (isa的第3- 35位,共占33位)记录对象的地址值。

magic: (isa的第36- 41位,共占6位)用于在调试时分辨对象是否完成初始化。

weakly_ referenced: (isa的第42位)用于记录该对象是否被弱引用或曾经被弱引用过。 deallocating: (isa的 第43位)标志对象是否正在释放内存。


has_ sidetable_ rc: (isa的第44位)用于标记是否有扩展的引用计数。当一个对象的引用计数比较少时,其引用计数就记录在isa中,当引用计数大于某个值时就会采用sideTable来协助存储引用计数。


extra_ rc: (isa的第45- 63位,共占19位),用来记录该对象的引用计数值-1。这里总共是19 位,如果引用计数很大,19位存不下的话就会采用sideTable来协助存储。


其结构如下:

union isa_ t
{
    Class cls;
    uintptr_t bits;
    struct {
        uintptr_t nonpointer            : 1;
        uintptr_t has_assoc             : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor          : 1;
        uintptr_t shiftcls              : 33;
        uintptr_t magic                 : 6;
        uintptr_t weakly_referenced     : 1;
        uintptr_t deallocating          : 1;
        uintptr_t has_sidetable         : 1;
        uintptr_t extra_rc              : 9;
    }
}

在这张表里我们看到了很多有意思的东西,包括关联对象,引用计数表。这些东西原来存在于isa中,这时候我就有个疑问了,dealloc的时候都做了些什么呢?


11.Dealloc做了些什么?


执行Dealloc的时候,


1)首先调用_ objc_ rootDealloc()

2)接下来调用rootDealloc()

3)这时候会判断是否可以被释放,判断的依据主要有5个,判断是否有以下五种情况:

NONPointer_ISA    

weakly_reference

has_assoc

has_CXX_dtor

has_sidetable_rc

4)如果有以上五中任意种,将会调用object_dispose()方法做下一步的处理 。如果没有之前五种情况的任意一种, 则可以执行C函数的free()。

5)执行完毕。

object_dispose()做了哪些操作呢?


1)直接调用objc_destructlnstance()。

2)调用函数的free()。


objc_destructlnstance()做了哪些操作呢?

1)先判断hasCxxDtor,如果有C++的相关内容,要调用object_cxxDestruct(), 销毁C++相关的内容。

2)再判断hasAssocitatedObjects,也就是是否存在关联对象,如果有的话,要调用object_remove_associations(), 销毁关联对象的一系列操作。

3)然后调用clearDeallocating()。

4)执行完毕。


clearDeallocating()做了什么操作呢?


1)先执行sideTable_clearDellocating()。

2)再执行weak_clear_no_lock,在这一步骤中,会将指向该对象的弱引用指针置为nil。

3)接下来执行table.refcnts.eraser(),从引用计数表中擦除该对象的引用计数。

4)到这里,dealloc的执行就结束了。


我们看到,我们所熟悉的关联对象,弱引用,引用计数表,都是在这里销毁掉的,而这些东西,都是存在于上面讲到的isa中的。


最后,还要说明一下,iOS的内存管理是在编译期就已经确定的,不同于垃圾回收机制,垃圾回收机制是在运行时处理的。所以在iOS的运行时,如果涉及到内存管理的东西,要格外注意了,系统不会帮我们自动管理内存的。


到这里,这篇内存管理的博客就要和大家说再见了,历时三天,查阅大量资料,可能还会有遗漏的重要内容,欢迎大家补充,有问题欢迎评论区留言讨论。

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