iOS夯实：ARC时代的内存管理

什么是ARC

Automatic Reference Counting (ARC) is a compiler feature that provides automatic memory management of Objective-C objects. Rather than having to think about retain and release operations [^1]

[^1]: Transitioning to ARC Release Notes

ARC提供是一个编译器的特性，帮助我们在编译的时候自动插入管理引用计数的代码。
最重要的是我们要认识到ARC的本质仍然是通过引用计数来管理内存。因此有时候如果我们操作不当,仍然会有内存泄露的危险。下面就总结一下ARC时代可能出现内存泄露的场景。

内存泄露类型

1. 循环引用

   基于引用计数的内存管理机制无法绕过的一个问题便是循环引用（retain cycle）
   (Python同样也采用了基于引用计数的内存管理,但是它采用了另外的机制来清除引用循环导致的内存泄露，而OC和Swift需要我们自己来处理这样的问题[^2])

   • 对象之间的循环引用：使用弱引用避免
   • block与对象之间的循环引用：

   会导致Block与对象之间的循环引用的情况有：

   self.myBlock = ^{ self.someProperty = XXX; };  

   对于这种Block与Self直接循环引用的情况,编译器会给出提示。

   但是对于有多个对象参与的情况,编译器便无能为力了,因此涉及到block内使用到self的情况,我们需要非常谨慎。（推荐涉及到self的情况,如果自己不是非常清楚对象引用关系,统一使用解决方案处理）

   someObject.someBlock = ^{ self.someProperty = XXX; }; //还没有循环引用 
   self.someObjectWithBlock = someObject; // 导致循环引用,且编译器不会提醒

   解决方案：

   __weak SomeObjectClass *weakSelf = self;
   
   SomeBlockType someBlock = ^{
       SomeObjectClass *strongSelf = weakSelf;
       if (strongSelf == nil) {
       // The original self doesn't exist anymore.
       // Ignore, notify or otherwise handle this case.
       }
       [strongSelf someMethod];
   };

   我们还有一种更简便的方法来进行处理,实际原理与上面是一样的,但简化后的指令更易用。

   @weakify(self)
   [self.context performBlock:^{
   // Analog to strongSelf in previous code snippet.
   @strongify(self)
   
   // You can just reference self as you normally would. Hurray.
   NSError *error;
   [self.context save:&error];
   
   // Do something
   }];

   你可以在这里找到@weakify,@strongify工具：MyTools_iOS

[^2]: How does Python deal with retain cycles?

1. NSTimer

   一般情况下在action/target模式里 target一般都是被weak引用,除了NSTimer。

   + (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)seconds
                           target:(id)target
                         selector:(SEL)aSelector
                         userInfo:(id)userInfo
                          repeats:(BOOL)repeats

   在官方文档中：

   target
   The object to which to send the message specified by aSelector when the timer fires. The timer maintains a strong reference to this object until it (the timer) is invalidated.

   Timer Programming Topics :

   A timer maintains a strong reference to its target. This means that as long as a timer remains valid, its target will not be deallocated. As a corollary, this means that it does not make sense for a timer’s target to try to invalidate the timer in its dealloc method—the dealloc method will not be invoked as long as the timer is valid.

   举一个例子，一个Timer的Target是ViewController.

   这个时候，如果我们是在dealloc方法里让timer invalidate，就会造成内存泄露.

   事实上，timer是永远不会被invalidate.因为此时VC的引用计数永远不会为零。因为Timer强引用了VC。而因为VC的引用计数不为零,dealloc永远也不会被执行，所以Timer永远持有了VC.

   因此我们需要注意在什么地方invalidate计时器，我们可以在viewWillDisappear里面做这样的工作。

Swift's ARC

在Swift中,ARC的机制与Objective-C基本是一致的。

相对应的解决方案：

• 对象之间的循环引用：使用弱引用避免

protocol aProtocol:class{}

class aClass{
    weak var delegate:aProtocol?
}

注意到这里,aProtocol通过在继承列表中添加关键词class来限制协议只能被class类型所遵循。这也是为什么我们能够声明delegate为weak的原因,weak仅适用于引用类型。而在Swift,enum与struct这些值类型中也是可以遵循协议的。

• 闭包引起的循环引用：

Swift提供了一个叫closure capture list的解决方案。

语法很简单,就是在闭包的前面用[]声明一个捕获列表。

let closure = { [weak self] in 
    self?.doSomething() //Remember, all weak variables are Optionals!
}

我们用一个实际的例子来介绍一下,比如我们常用的NotificationCenter：

class aClass{
    var name:String
    init(name:String){
        self.name = name
        NSNotificationCenter.defaultCenter().addObserverForName("print", object: self, queue: nil)
        { [weak self] notification in print("hello \(self?.name)")}
    }

    deinit{
        NSNotificationCenter.defaultCenter().removeObserver(self)
    }
}

Swift的新东西

swift为我们引入了一个新的关键词unowned。这个关键词同样用来管理内存和避免引用循环,和weak一样,unowned不会导致引用计数+1。

1. 那么几时用weak,几时用unowned呢？

   举上面Notification的例子来说：

   • 如果Self在闭包被调用的时候有可能是Nil。则使用weak
   • 如果Self在闭包被调用的时候永远不会是Nil。则使用unowned

2. 那么使用unowned有什么坏处呢？

   如果我们没有确定好Self在闭包里调用的时候不会是Nil就使用了unowned。当闭包调用的时候,访问到声明为unowned的Self时。程序就会奔溃。这类似于访问了悬挂指针（进一步了解，请阅读Crash in Cocoa）

   对于熟悉Objective-C的大家来说,unowned在这里就类似于OC的unsafe_unretained。在对象被清除后,声明为weak的对象会置为nil,而声明为unowned的对象则不会。

3. 那么既然unowned可能会导致崩溃,为什么我们不全部都用weak来声明呢？

   原因是使用unowned声明,我们能直接访问。而用weak声明的,我们需要unwarp后才能使用。并且直接访问在速度上也更快。（这位国外的猿说:Unowned is faster and allows for immutability and nonoptionality. If you don't need weak, don't use it.）

   其实说到底,unowned的引入是因为Swift的Optional机制。

   因此我们可以根据实际情况来选择使用weak还是unowned。个人建议,如果无法确定声明对象在闭包调用的时候永远不会是nil,还是使用weak来声明。安全更重要。

延伸阅读：从Objective-C到Swift

参考链接：
shall-we-always-use-unowned-self-inside-closure-in-swif

what-is-the-difference-between-a-weak-reference-and-an-unowned-reference