Swift5.1—强引用循环与weak

简介: Swift5.1—强引用循环与weak

类实例之间的循环强引用



我们可能会写出一个类实例的强引用数永远不能变成 0 的代码。如果两个类实例互相持有对方的强引用,因而每个实例都让对方一直存在,这就是所谓的循环强引用

你可以通过定义类之间的关系为弱引用或无主引用,来替代强引用,从而解决循环强引用的问题。具体的过程在 解决类实例之间的循环强引用 中有描述。不管怎样,在你学习怎样解决循环强引用之前,很有必要了解一下它是怎样产生的。


下面展示了一个不经意产生循环强引用的例子。例子定义了两个类:PersonApartment,用来建模公寓和它其中的居民:


class Person {
    let name: String
    init(name: String) { self.name = name }
    var apartment: Apartment?
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}
class Apartment {
    let unit: String
    init(unit: String) { self.unit = unit }
    var tenant: Person?
    deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
}


每一个 Person 实例有一个类型为 String,名字为 name 的属性,并有一个可选的初始化为 nilapartment 属性。apartment 属性是可选的,因为一个人并不总是拥有公寓。


类似的,每个 Apartment 实例有一个叫 unit,类型为 String 的属性,并有一个可选的初始化为 niltenant 属性。tenant 属性是可选的,因为一栋公寓并不总是有居民。


这两个类都定义了析构器,在类实例被析构的时候输出信息。这让你能够知晓 PersonApartment 的实例是否像预期的那样被销毁。


接下来的代码片段定义了两个可选类型的变量 johnunit4A,并分别被设为下面的 ApartmentPerson 的实例。这两个变量都被初始化为 nil,这正是可选类型的优点:


var john: Person?
var unit4A: Apartment?


现在你可以创建特定的 PersonApartment 实例并将赋值给 johnunit4A 变量:


john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")


在两个实例被创建和赋值后,下图表现了强引用的关系。变量 john 现在有一个指向 Person 实例的强引用,而变量 unit4A 有一个指向 Apartment 实例的强引用:



2466108-dc2afb4b0f7d32f9.webp.jpg



现在你能够将这两个实例关联在一起,这样人就能有公寓住了,而公寓也有了房客。注意感叹号是用来展开和访问可选变量 johnunit4A 中的实例,这样实例的属性才能被赋值:


john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john


在将两个实例联系在一起之后,强引用的关系如图所示:


2466108-d85eda1699b65386.webp.jpg



不幸的是,这两个实例关联后会产生一个循环强引用。Person 实例现在有了一个指向 Apartment 实例的强引用,而 Apartment 实例也有了一个指向 Person 实例的强引用。因此,当你断开 johnunit4A 变量所持有的强引用时,引用计数并不会降为 0,实例也不会被 ARC 销毁:


john = nil
unit4A = nil


注意,当你把这两个变量设为 nil 时,没有任何一个析构器被调用。循环强引用会一直阻止 PersonApartment 类实例的销毁,这就在你的应用程序中造成了内存泄漏。


在你将 johnunit4A 赋值为 nil 后,强引用关系如下图:


2466108-15b6426e00ba44c1.webp.jpg



PersonApartment 实例之间的强引用关系保留了下来并且不会被断开。


解决实例之间的循环强引用



Swift 提供了两种办法用来解决你在使用类的属性时所遇到的循环强引用问题:弱引用(weak reference)和无主引用(unowned reference)。


弱引用和无主引用允许循环引用中的一个实例引用另一个实例而保持强引用。这样实例能够互相引用而不产生循环强引用。


当其他的实例有更短的生命周期时,使用弱引用,也就是说,当其他实例析构在先时。在上面公寓的例子中,很显然一个公寓在它的生命周期内会在某个时间段没有它的主人,所以一个弱引用就加在公寓类里面,避免循环引用。相比之下,当其他实例有相同的或者更长生命周期时,请使用无主引用。


弱引用


弱引用不会对其引用的实例保持强引用,因而不会阻止 ARC 销毁被引用的实例。这个特性阻止了引用变为循环强引用。声明属性或者变量时,在前面加上 weak 关键字表明这是一个弱引用。


因为弱引用不会保持所引用的实例,即使引用存在,实例也有可能被销毁。因此,ARC 会在引用的实例被销毁后自动将其弱引用赋值为 nil。并且因为弱引用需要在运行时允许被赋值为 nil,所以它们会被定义为可选类型变量,而不是常量。


你可以像其他可选值一样,检查弱引用的值是否存在,这样可以避免访问已销毁的实例的引用。


注意

当 ARC 设置弱引用为 nil 时,属性观察不会被触发。


下面的例子跟上面 PersonApartment 的例子一致,但是有一个重要的区别。这一次,Apartmenttenant 属性被声明为弱引用:


class Person {
    let name: String
    init(name: String) { self.name = name }
    var apartment: Apartment?
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}
class Apartment {
    let unit: String
    init(unit: String) { self.unit = unit }
    weak var tenant: Person?
    deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
}


然后跟之前一样,建立两个变量(johnunit4A)之间的强引用,并关联两个实例:


var john: Person?
var unit4A: Apartment?
john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")
john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john


现在,两个关联在一起的实例的引用关系如下图所示:



2466108-5e96a55cf8e473f2.webp.jpg



Person 实例依然保持对 Apartment 实例的强引用,但是 Apartment 实例只持有对 Person 实例的弱引用。这意味着当你通过把 john 变量赋值为 nil 而断开其所保持的强引用时,再也没有指向 Person 实例的强引用了:


john = nil
// 打印“John Appleseed is being deinitialized”


由于再也没有指向 Person 实例的强引用,该实例会被销毁,且 tenant 属性会被赋值为 nil



2466108-86e00771bec9af4e.webp.jpg



唯一剩下的指向 Apartment 实例的强引用来自于变量 unit4A。如果你断开这个强引用,再也没有指向 Apartment 实例的强引用了:


unit4A = nil
// 打印“Apartment 4A is being deinitialized”


由于再也没有指向 Person 实例的强引用,该实例会被销毁:



2466108-187b14cba0915bc5.webp.jpg



注意

在使用垃圾收集的系统里,弱指针有时用来实现简单的缓冲机制,因为没有强引用的对象只会在内存压力触发垃圾收集时才被销毁。但是在 ARC 中,一旦值的最后一个强引用被移除,就会被立即销毁,这导致弱引用并不适合上面的用途。

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