AutoreleasePool分析整理

花丶滿樓發表於2018-12-13

@(iOS開發學習)

[TOC]

為了分析AutoreleasePool，下面分四種場景進行分析

AutoreleasePool分析整理

Person類用於列印物件的釋放時機

#import <
Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface Person : NSObject@property (nonatomic, strong) NSString*   name;
@endNS_ASSUME_NONNULL_END@implementation Person- (void)dealloc { 
   NSLog(@"func = %s, name = %@", __func__, self.name);

  }@end複製程式碼

場景一：物件沒有被加入到AutoreleasePool中

#import <
UIKit/UIKit.h>
#import "Person.h"NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface AutoreleasePoolWithOutVC : UIViewController@endNS_ASSUME_NONNULL_END@interface AutoreleasePoolWithOutVC ()@property (nonatomic, strong) Person*   zhangSanStrong;
@property (nonatomic, weak) Person*     zhangSanWeak;
@end@implementation AutoreleasePoolWithOutVC- (void)viewDidLoad { 
   [super viewDidLoad];
    Person *xiaoMing = [[Person alloc] init];
    xiaoMing.name = @"xiaoMing";
    _zhangSanStrong = [[Person alloc] init];
    _zhangSanStrong.name = @"zhangSanStrong";
    Person *zhangSanWeak = [[Person alloc] init];
    zhangSanWeak.name = @"zhangSanWeak";
    _zhangSanWeak = zhangSanWeak;
    NSLog(@"func = %s, xiaoMing = %@", __func__, xiaoMing);

  }- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated { 
   NSLog(@"func = %s", __func__);

  }- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated { 
   NSLog(@"func = %s", __func__);

  }@end複製程式碼

執行結果：棧中建立的臨時物件xiaoMing和weak屬性修飾的物件**_zhangSanWeak**，在viewDidLoad結束後就被釋放了。

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場景二：物件被加入到手動建立的AutoreleasePool中

#import <
UIKit/UIKit.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface AutoreleasePoolManualWithVC : UIViewController@endNS_ASSUME_NONNULL_END#import "AutoreleasePoolManualWithVC.h"#import "Person.h"@interface AutoreleasePoolManualWithVC ()@property (nonatomic, strong) Person*   zhangSanStrong;
@property (nonatomic, weak) Person*     zhangSanWeak;
@end@implementation AutoreleasePoolManualWithVC- (void)viewDidLoad { 
   [super viewDidLoad];
    @autoreleasepool { 
       Person *xiaoMing = [[Person alloc] init];
        xiaoMing.name = @"xiaoMing";
        _zhangSanStrong = [[Person alloc] init];
        _zhangSanStrong.name = @"zhangSanStrong";
        Person *zhangSanWeak = [[Person alloc] init];
        zhangSanWeak.name = @"zhangSanWeak";
        _zhangSanWeak = zhangSanWeak;
    
  }    NSLog(@"func = %s", __func__);

  }- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated { 
   NSLog(@"func = %s", __func__);

  }- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated { 
   NSLog(@"func = %s", __func__);

  }@end複製程式碼

執行結果：棧中建立的臨時物件xiaoMing和weak屬性修飾的物件**_zhangSanWeak**，在viewDidLoad結束之前就被釋放了。

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場景三：物件被加入到系統的AutoreleasePool中

#import <
UIKit/UIKit.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface AutoreleasePoolSystermWithVC : UIViewController@endNS_ASSUME_NONNULL_END#import "AutoreleasePoolSystermWithVC.h"@interface AutoreleasePoolSystermWithVC ()@property (nonatomic, strong) NSString*   zhangSanStrong;
@property (nonatomic, weak) NSString*     zhangSanWeak;
@end@implementation AutoreleasePoolSystermWithVC- (void)viewDidLoad { 
   [super viewDidLoad];
    NSLog(@"func = %s start", __func__);
    _zhangSanStrong = [NSString stringWithFormat:@"zhangSanStrong"];
    NSString* zhangSanWeak = [NSString stringWithFormat:@"zhangSanStrong"];
    _zhangSanWeak = zhangSanWeak;
    [self printInfo];
    NSLog(@"func = %s end", __func__);

  }- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated { 
   [super viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"func = %s start", __func__);
    [self printInfo];
    NSLog(@"func = %s end", __func__);

  }- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated { 
   [super viewDidAppear:animated];
    NSLog(@"func = %s start", __func__);
    [self printInfo];
    NSLog(@"func = %s end", __func__);

  }- (void)printInfo { 
   NSLog(@"self.zhangSanStrong = %@", _zhangSanStrong);
    NSLog(@"self.zhangSanWeak = %@", _zhangSanWeak);

  }@end複製程式碼

執行結果：系統在每個Runloop迭代中都加入了AutoreleasePool，Runloop開始後建立AutoreleasePool並Autorelease物件加入到pool中，Runloop結束後或者休眠的時候Autorelease物件被釋放掉。

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場景四：（Tagged Pointer）物件被加入到系統的AutoreleasePool中

看了別人的部落格後，決定手動驗證一下，又不想完全copy別人的程式碼，自己仿寫初始化的時候又懶得寫太多內容，索性寫了@“1”，所以導致結果與部落格不一致，因此更加懷疑人生。我想不止我一個要這種情況?。

#import <
UIKit/UIKit.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface AutoreleasePoolSystermWithTaggedPointerVC : UIViewController@endNS_ASSUME_NONNULL_END#import "AutoreleasePoolSystermWithTaggedPointerVC.h"@interface AutoreleasePoolSystermWithTaggedPointerVC ()@property (nonatomic, weak) NSString*     tagged_yes_1;
     // 是Tagged Pointer@property (nonatomic, weak) NSString*     tagged_yes_2;
     // 是Tagged Pointer@property (nonatomic, weak) NSString*     tagged_yes_3;
     // 是Tagged Pointer@property (nonatomic, weak) NSString*     tagged_no_1;
      // 非Tagged Pointer@property (nonatomic, weak) NSString*     tagged_no_2;
      // 非Tagged Pointer@property (nonatomic, weak) NSString*     tagged_no_3;
      // 非Tagged Pointer@end@implementation AutoreleasePoolSystermWithTaggedPointerVC- (void)viewDidLoad { 
   [super viewDidLoad];
    NSLog(@"func = %s start", __func__);
        NSString* tagged_yes_1_str = [NSString stringWithFormat:@"1"];
    _tagged_yes_1 = tagged_yes_1_str;
        NSString* tagged_yes_2_str = [NSString stringWithFormat:@"123456789"];
    _tagged_yes_2 = tagged_yes_2_str;
        NSString* tagged_yes_3_str = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghi"];
    _tagged_yes_3 = tagged_yes_3_str;
        NSString* tagged_no_1_str = [NSString stringWithFormat:@"0123456789"];
    _tagged_no_1 = tagged_no_1_str;
        NSString* tagged_no_2_str = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghij"];
    _tagged_no_2 = tagged_no_2_str;
        NSString* tagged_no_3_str = [NSString stringWithFormat:@"漢字"];
    _tagged_no_3 = tagged_no_3_str;
        [self printInfo];
    NSLog(@"func = %s end", __func__);

  }- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated { 
   [super viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"func = %s start", __func__);
    [self printInfo];
    NSLog(@"func = %s end", __func__);

  }- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated { 
   [super viewDidAppear:animated];
    NSLog(@"func = %s start", __func__);
    [self printInfo];
    NSLog(@"func = %s end", __func__);

  }- (void)printInfo { 
   NSLog(@"self.tagged_yes_1 = %@", _tagged_yes_1);
    NSLog(@"self.tagged_yes_2 = %@", _tagged_yes_2);
    NSLog(@"self.tagged_yes_3 = %@", _tagged_yes_3);
    NSLog(@"self.tagged_no_1 = %@", _tagged_no_1);
    NSLog(@"self.tagged_no_2 = %@", _tagged_no_2);
    NSLog(@"self.tagged_no_3 = %@", _tagged_no_3);

  }@end複製程式碼

執行結果：

  • Tagged Pointer型別的Autorelease物件，系統不會釋放
  • 非Tagged Pointer型別的Autorelease物件，系統會在當前Runloop結束後釋放
    AutoreleasePool分析整理

AutoreleasePool定義

  • 自動釋放池是由 AutoreleasePoolPage 以雙向連結串列的方式實現的
  • 當物件呼叫 Autorelease 方法時，會將物件加入 AutoreleasePoolPage 的棧中
  • 呼叫 AutoreleasePoolPage::pop 方法會向棧中的物件傳送 release 訊息

在ARC環境下，以alloc/new/copy/mutableCopy開頭的方法返回值取得的物件是自己生成並且持有的，其他情況是非自己持有的物件，此時物件的持有者就是AutoreleasePool。

當我們使用@autoreleasepool{
}時，編譯器會將其轉換成以下形式

/* @autoreleasepool */ { 
__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
 
  }複製程式碼

__AtAutoreleasePool定義如下：

struct __AtAutoreleasePool { 
 __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();

  }  .  .  // 將中間物件壓入棧中（atautoreleasepoolobj也是一個物件，相當於哨兵，代表一個 autoreleasepool 的邊界,  // 與當前的AutoreleasePool對應，pop的時候用來標記終點位置，被當前的AutoreleasePool第一個壓入棧中，  // 出棧的時候最後一個被彈出）  .  .  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

  }  void * atautoreleasepoolobj;

  };
複製程式碼

建立時呼叫了objc_autoreleasePoolPush()方法，而釋放時呼叫objc_autoreleasePoolPop()方法，只是一層簡單的封裝。

AutoreleasePool並沒有單獨的結構，本質上是一個雙向連結串列，結點是AutoreleasePoolPage物件。每個結點的大小是4KB（4*1024=4096位元組），除去例項變數的大小，剩餘的空間用來儲存Autorelease物件的地址。

AutoreleasePool分析整理
class AutoreleasePoolPage { 
   magic_t const magic;
                 // 用於校驗AutoreleasePage的完整性    id *next;
                            // 指向棧頂最後push進來的Autorelease物件的下一個位置    pthread_t const thread;
              // 儲存了當前頁所在的執行緒，每一個 autoreleasepool 只對應一個執行緒    AutoreleasePoolPage * const parent;
  // 雙向連結串列中指向上一個節點，第一個結點的 parent 值為 nil     AutoreleasePoolPage *child;
          // 雙向連結串列中指向下一個節點，最後一個結點的 child 值為 nil    uint32_t const depth;
                // 深度，從0開始，往後遞增1    uint32_t hiwat;
                      // high water mark
  };
複製程式碼

next指標指向將要新增新物件（Autorelease物件、哨兵物件）的空閒位置。

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objc_autoreleasePoolPush 執行過程

當呼叫AutoreleasePoolPage::push()方法時，首先向當前的page（hotPage）結點next指標指向的位置新增一個哨兵物件（POOL_SENTINEL，值為nil）。如果後面巢狀著AutoreleasePool則繼續新增哨兵物件，否則將Autorelease物件壓入哨兵物件的上面。向高地址移動next指標，直到 next == end()時，表示當前page已滿。當 next == begin() 時，表示 AutoreleasePoolPage 為空；當 next == end() 時，表示 AutoreleasePoolPage 已滿。

AutoreleasePool分析整理
  • 1、有 hotPage 並且當前 page 不滿。呼叫 page->
    add(obj) 方法將物件新增至 AutoreleasePoolPage 的棧中
  • 2、有 hotPage 並且當前 page 已滿。呼叫 autoreleaseFullPage 初始化一個新的頁，呼叫 page->
    add(obj) 方法將物件新增至 AutoreleasePoolPage 的棧中
  • 3、無 hotPage。呼叫 autoreleaseNoPage 建立一個 hotPage，呼叫 page->
    add(obj) 方法將物件新增至 AutoreleasePoolPage 的棧中。

objc_autoreleasePoolPop 執行過程

當呼叫AutoreleasePoolPage::pop()的方法時，pop 函式的入參就是 push 函式的返回值，也就是 POOL_SENTINEL 的記憶體地址，即 pool token 。當執行 pop 操作時，根據傳入的哨兵物件地址找到哨兵物件所處的page，將晚於（上面的）哨兵物件壓入的Autorelease物件進行release。即記憶體地址在 pool token 之後的所有 Autoreleased 物件都會被 release 。直到 pool token 所在 page 的 next 指向 pool token 為止。並向回移動next指標到正確位置。

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AutoreleasePool物件什麼時候釋放？

沒有手動加AutoreleasePool的情況下，Autorelease物件是在當前的Runloop迭代結束的時候釋放的。手動新增的Autorelease物件也是自動計數的，當引用計數為0的時候，被釋放掉。

實際驗證之前，首先了解幾個私有API，檢視自動釋放池的狀態，在ARC下檢視物件的引用計數

//先宣告私有的APIextern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);
extern uintptr_t _objc_rootRetainCount(id obj);
_objc_autoreleasePoolPrint();
  //呼叫 列印自動釋放池裡的物件_objc_rootRetainCount(obj);
   //呼叫 檢視物件的引用計數複製程式碼

NSThread、NSRunLoop 和 NSAutoreleasePool

根據蘋果官方文件中對 NSRunLoop 的描述，我們可以知道每一個執行緒，包括主執行緒，都會擁有一個專屬的 NSRunLoop 物件，並且會在有需要的時候自動建立。同樣的，根據蘋果官方文件中對 NSAutoreleasePool 的描述，我們可知，在主執行緒的 NSRunLoop 物件（在系統級別的其他執行緒中應該也是如此，比如通過 dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0) 獲取到的執行緒）的每個 event loop 開始前，系統會自動建立一個 autoreleasepool ，並在 event loop 結束時 drain 。

新增列印Runloop的程式碼：NSLog(@"[NSRunLoop currentRunLoop] = %@", [NSRunLoop currentRunLoop]);
列印出的日誌部分截圖如下。

AutoreleasePool分析整理

可以發現App啟動後，蘋果在主執行緒 RunLoop 裡註冊了兩個 Observer，其回撥callout都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一個 Observer 監視的事件是 Entry(即將進入Loop)，其回撥內會呼叫 _objc_autoreleasePoolPush() 建立自動釋放池。其 order 是-2147483647，優先順序最高，保證建立釋放池發生在其他所有回撥之前。

第二個 Observer 監視了兩個事件： BeforeWaiting(準備進入休眠) 時呼叫_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 釋放舊的池並建立新池；Exit(即將退出Loop) 時呼叫 _objc_autoreleasePoolPop() 來釋放自動釋放池。這個 Observer 的 order 是 2147483647，優先順序最低，保證其釋放池子發生在其他所有回撥之後。

在主執行緒執行的程式碼，通常是寫在諸如事件回撥、Timer回撥內的。這些回撥會被 RunLoop 建立好的 AutoreleasePool 環繞著，所以不會出現記憶體洩漏，開發者也不必顯示建立 Pool 了。

什麼時候用@autoreleasepool

根據 Apple的文件 ，使用場景如下：

  • 寫基於命令列的的程式時，就是沒有UI框架，如AppKit等Cocoa框架時。
  • 寫迴圈，迴圈裡面包含了大量臨時建立的物件。（本文的例子）
  • 建立了新的執行緒。（非Cocoa程式建立執行緒時才需要）
  • 長時間在後臺執行的任務。

Tagged Pointer

Tagged Pointer是一個能夠提升效能、節省記憶體的有趣的技術。在OS X 10.10中，NSString就採用了這項技術，現在讓我們來看看該技術的實現過程。

  • 1、Tagged Pointer專門用來儲存小的物件，例如NSNumber、NSDate、NSString
  • 2、Tagged Pointer指標的值不再是地址了，而是真正的值。不再是一個物件，記憶體中的位置不在堆中，不需要malloc和free。避免在程式碼中直接訪問物件的isa變數，而使用方法isKindOfClass和objc_getClass。
  • 3、在記憶體讀取上有著3倍的效率，建立時比以前快了106倍。

參考部落格

深入理解RunLoop

深入理解AutoreleasePool

黑幕背後的Autorelease

自動釋放池的前世今生 —- 深入解析 autoreleasepool

iOS開發 自動釋放池(Autorelease Pool)和RunLoop

Objective-C Autorelease Pool 的實現原理

深入理解Tagged Pointer

【譯】採用Tagged Pointer的字串

來源：https://juejin.im/post/5c123b9cf265da614c4cabac

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