iOS開發筆記（一）：記憶體管理

卡布達巨人發表於2017-12-28
iOS筆記記憶體

這是我的第一篇文章，有什麼不對的地方還煩請大家指出啦，總覺得做開發很有必要做筆記，方便記錄自己的所得也能與大家探討，但是之前一直比較懶所以無所作為，那接下來的時間一起好好努力吧各位加油加油。

1.總起

1.1 瞭解記憶體管理

瞭解記憶體管理的最普通的方式是考慮所有權。如果Manny對Jack曾說過alloc，retain或者copy，則表示Manny已經宣稱對Jack的所有權。多個物件可以同時擁有Jack，但每個物件只負責正確地管理自己對Jack的所有權，最終釋放Jack是每個Jack所有者的責任，而Jack的非所有者永遠不需要釋放Jack。只要所有擁有Jack所有權的物件都以這種方式執行，Jack就不會洩漏也不會有任何指向Jack的指標留下來搖晃。

1.2 相關知識點

  • 野指標：指標變數沒有進行初始化或指向的空間已經釋放。

    • 使用野指標呼叫物件方法，會報異常，程式崩潰。
    • 通常在呼叫完release方法後，把儲存物件指標的地址清空（不是銷燬物件，引用計數為0時才會呼叫dealloc銷燬物件），賦值為nil，但OC中沒有空指標異常，所以[nil retain]呼叫方法不會有異常。

  • 記憶體洩漏：

    • 在ARC自動引用計數模式下，造成記憶體洩漏的情況：

      • 如Person *person = [Person new];（物件指標提前賦值nil或者清空，⚠️提前）在棧區中的person已經釋放，而堆區new產生的物件還沒有釋放，就會造成記憶體洩漏。

    • 在MRC手動引用計數模式下，造成記憶體洩漏的情況：

      • 沒有配對釋放，不符合記憶體管理原則。
      • 物件指標提前賦值nil或者清空，導致release不起作用。

  • 殭屍物件：堆中已經被釋放的物件（retainCount=0）。

  • 空指標：指標賦值為空（nil）。

提醒

一個變數的名稱，包括例項變數，只是一個指標。當你向該指標傳送訊息時，你實際上就是通過該指標將訊息傳送到它指向的物件。記憶體管理的規則是關於物件的原則，而不是關於名稱、引用或指標的規則。你不能遞增或遞減一個指標的保留計數，因為沒有這個東西。指標所佔用的記憶體是自動管理的(而且很小)。記憶體管理所關注的是指標所指向的物件。

2.MRC

2.1 實現原理

Objective-C物件中儲存著引用計數這一整數值。呼叫alloc或者retain方法後，引用計數+1。呼叫release後，引用計數-1。引用計數為0時，呼叫dealloc方法廢棄物件。

2.2 相關操作

物件操作 Objective-C方法 引用計數
生成並持有物件 alloc/new/copy/mutablecopy 1
持有物件 retain +1
釋放物件 release -1
廢棄物件 dealloc 0

2.3 記憶體管理的思考方式

  • 自己生成的物件，自己持有

      NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
  [obj retain];
  NSLog(@"obj - %lu",[obj retainCount]);
複製程式碼

  • 非自己生成的物件，自己也能持有

      id obj = [NSMutableArray array];
  [obj retain];
  NSLog(@"obj - %lu",[obj retainCount]);
複製程式碼

  • 不再需要自己持有的物件時釋放

      NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];//自己生成自己持有
  [obj retain];
  NSObject *obj2 = [obj retain];//非自己生成，自己持有
  [obj release];
  [obj2 release];
  NSLog(@"obj - %lu",[obj retainCount]);
複製程式碼

  • 非自己持有的物件自己無法釋放

      id obj = [NSMutableArray array];
  [obj release];
複製程式碼

提醒

MRC下物件的引用計數可以通過[object retainCount]方法獲得。

2.4 NSAutoreleasePool

autorelease故名思議就是自動釋放，看上去很像ARC，但其實更類似於C語言中的區域性變數，也就是說，超出變數作用域的時候將自動被廢棄，但這裡與C語言不同的是，程式設計人員可以手動設定其作用域。 autorelease的具體使用方法如下：

  • 生成並持有NSAutoreleasePool物件
  • 呼叫已分配的autorelease方法
  • 廢棄NSAutoreleasePool物件

NSAutoreleasePool物件的生命週期相當於C語言變數的作用域，對於所有呼叫過autorelease方法的物件，在廢棄NSAutoreleasePool物件時，都將對物件統一呼叫release方法，程式碼如下所示：

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc]init] ;
id obj = [ [NSObject alloc]init];
[obj autorelease] ;
[pool drain];
複製程式碼

提醒

在Cocoa框架中，如果不是使用alloc/new/copy/mutablecopy這幾個方法返回的物件，其餘方法返回的物件都將自動註冊到NSAutoreleasePool中，id array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:10];其實也就等同於：id array = [[[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:1] autorelease];

3.ARC

ARC是Objective-C編譯器的特性，而不是執行時特性或者垃圾回收機制，ARC所做的只不過是在程式碼編譯時為你自動在何時的位置插入release或者autorelease，減少了開發的工作量。但我們有時仍需要四種所有權修飾符來配合ARC來進行記憶體管理。

3.1 四種所有權修飾符

  • __strong：強引用，持有所指向物件的所有權，無修飾符情況下的預設值。如需強制釋放，可置nil（這裡先建立一個指標，將新的值retain一次，將指標動態指向新的值，並將舊的值release一次）。

      NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
  //他們是等價的
  NSObject __strong *obj = [[NSObject alloc]init];
複製程式碼

  • __weak：弱引用，不持有所指向物件的所有權，引用指向的物件記憶體被回收之後，引用本身會置nil，避免野指標.避免迴圈引用，會將物件註冊到autoreleasepool（既不保留新值，也不釋放舊值，動態地將指標指向新的值，如果這個值剛被dealloc，就會將指標更新為一個nil指標）。

  • unsafe_unretained：相當於assign。直接賦值。引用計數不變。他會發生野指標現象。所以不安全。不像weak，當指向的物件為空的時候，將指標置為nil。

  • _autoreleasing：將物件賦值給附有 _ autoreleasing 修飾符的變數等同於ARC 無效時呼叫物件的autorelease方法。

      @autoreleasepool {
  	id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
  }
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3.2 底層實現

  • __strong底層實現

    • alloc/new/copy/mutablecopy情況下

        //alloc為例的模擬底層程式碼為：
  id __Strong obj = [[NSObject alloc] init];
  id obj = objc_msgSend(NSobject, @selector(alloc));
  objc_msgSend(obj, @selector(init));
  objc_release(obj);

  //編譯器自動幫我們加入了release，來釋放物件
複製程式碼

    • 非alloc/new/copy/mutablecopy情況下

        //array為例的模擬底層程式碼為：
  id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(array));
  objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
  objc_release(obj);
  
  //objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj)是主要用於最優化程式執行
  
  //array方法的底層模擬為：
  id obj = objc_msgSend(NSmutableArray,@selector(alloc));
  objc_msgSend(obj,@selector(init));
  return objc_autorealeaseReturnValue(obj);
複製程式碼

      objc_autorealeaseReturnValue(obj)與objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj)是成對的,objc_autorealeaseReturnValue(obj)會把物件註冊到autorealeasepool中，但是如果它檢測到方法執行列表中出現objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj)方法，那麼就不會將返回的物件註冊到autorealeasepool，而是直接傳遞到方法和函式的呼叫方。這樣直接傳遞可以達到最優化。

  • __weak底層實現

    • __weak原始碼

        id __weak obj1 = obj;
  
  //模擬程式碼
  id obj1;
  obj1 = 0;
  objc_storeWeak(&obj1,obj);
  objc_destoryWeak(&obj1);  等同於objc_storeWeak(&obj1,0);
複製程式碼

      objc_storeWeak(&obj1,obj)函式將第二個引數的賦值物件的地址作為鍵值，將第一個引數的附有__weak修飾符的變數的地址註冊到weak表中，如果第二個引數為0，則把變數的地址從weak中刪除。一個鍵值可以註冊多個變數的地址由此可見，如果大量的weak變數，則會消耗CPU資源，所以weak 只用來避免迴圈引用。

    • __weak與@autoreleasepool

        id __weak obj1 = obj;
  NSLog(@"%@",obj1);
  
  //模擬程式碼
  id obj1;
  objc_initWeak(&obj1,obj);
  id temp = objc_loadWeakRetained(&obj1);
  objc_autorelease(temp);
  NSLog(@"%@",temp);
  objc_destoryWeak(&obj1);
複製程式碼

      所以在@autorealeasepool塊結束前可以放心使用weak修飾變數

    • __autoreleasing底層實現

      將物件賦值給附有__autoreleasing修飾符的變數等同於ARC無效時，呼叫物件的autorelease方法。

      • 使用alloc/new/copy/mutableCopy時

          @autoreleasepool {
  	id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
  }
  
  //模擬程式碼
  id pool = objc_autoreleasePoolPush();
  id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
  objc_msgSend(obj, @selector(init));
  objc_autorelease(obj);
  objc_autoreleasPoolPop(pool);
複製程式碼

      • 使用alloc/new/copy/mutableCopy以外的方法時

          @autoreleasepool {
    	id __autoreleasing obj = [NSMutableArray array];
  }
  
  // 模擬程式碼
  id pool = objc_autoreleasePoolPush();
  id obj = objc_msgSend(NSMutableArray,@selector(array));
  objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
  objc_autorelease(obj);
  objc_autoreleasPoolPop(pool);
  // 雖然 obj 持有物件的方法變為 objc_retainAutoreleasedReturnValue， 但是將 obj 所引用的物件註冊到 autoreleasepool 中的方法並沒有改變
複製程式碼

      關於@autoreleasepool，在ARC下應該使用@autoreleasepool而不是NSAutoreleasePool，@autoreleasepool的具體實現將在之後的文章中繼續探討。

3.3 使用規則

  • 不能使用retain/release/retainCount/autorelease
  • 不過載dealloc（如果是釋放物件記憶體以外的處理，是可以過載該函式的，但是不能呼叫[super dealloc]）
  • 不能使用NSAllocateObject, NSDeallocateObject
  • 不能在C結構體中使用物件指標
  • id與void *間的如果cast時需要用特定的方法（__bridge關鍵字）
  • 不能使用NSAutoReleasePool，而需要使用@autoreleasepool塊
  • 不能使用區域（NSZone）

4.屬性的記憶體管理

ObjC2.0引入了@property，提供成員變數訪問方法、許可權、環境、記憶體管理型別的宣告，下面主要說明ARC中屬性的記憶體管理。屬性的引數分為三類，基本資料型別預設為(atomic,readwrite,assign)，物件型別預設為(atomic,readwrite,strong)，其中第三個引數就是該屬性的記憶體管理方式修飾，修飾詞可以是以下之一：

  • assign

    直接賦值，一般用來修飾基本資料型別。當然也可以修飾ObjC物件，但是不推薦，因為被assign修飾的物件釋放後，指標還是指向釋放前的記憶體，在後續操作中可能會導致記憶體問題引發崩潰。

      @property (nonatomic, assign) NSInteger count;
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  • retain

    retain和strong一樣，都用來修飾ObjC物件，使用set方法賦值時，實質上是會先保留新值，再釋放舊值，再設定新值，避免新舊值一樣時導致物件被釋放的的問題。

      //MRC寫法如下
  - (void)setCount:(NSObject *)count {
  		[count retain];
   		[_count release];
   		_count = count;
   	}
   
 	//ARC對應寫法
 	- (void)setCount:(NSObject *)count {
  		_count = count;
  	}
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  • copy

    一般用來修飾String、Dict、Array等需要保護其封裝性的物件，尤其是在其內容可變的情況下，因此會拷貝（深拷貝）一份內容給屬性使用，避免可能造成的對源內容進行改動。使用set方法賦值時，實質上是會先拷貝新值，再釋放舊值，再設定新值。實際上，遵守NSCopying的物件都可以使用copy，當然，如果你確定是要共用同一份可變內容，你也可以使用strong或retain。

  • weak

    ARC新引入修飾詞，可代替assign，比assign多增加一個特性（置nil)。weak和strong一樣用來修飾ObjC物件。使用set方法賦值時，實質上不保留新值，也不釋放舊值，只設定新值。

       @property (weak) id<MyDelegate> delegate;
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  • strong

    ARC新引入修飾詞，可代替retain，ARC一般都寫strong。

    Person *per = [[Person alloc] init];

    self.person = per;

    如果是strong，物件的retainCount為2，如果為weak，物件的retainCount為1。

  • unsafe_unretained

    等價於assign,可以用來修飾資料型別和OC物件,但是不會使計數器加1,且物件銷燬時也不會將物件指向nil,容易造成野指標錯誤。

5.block的記憶體管理

OC中使用block必須自己管理記憶體，錯誤的記憶體管理將導致迴圈引用等記憶體洩漏問題，這裡主要說明在ARC下block宣告和使用的時候需要注意的兩點：

  • 如果你使用@property去宣告一個block的時候，一般使用copy來進行修飾（當然也可以不寫，編譯器自動進行copy操作），儘量不要使用retain。

      @property (nonatomic, copy) void(^block)(NSData * data);
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  • block會對內部使用的物件進行強引用，因此在使用的時候應該確定不會引起迴圈引用，當然保險的做法就是新增弱引用標記。

      __weak typeof(self) weakSelf = self;
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6.參考

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