Runtime原始碼 autoreleasepool

Ly夢k發表於2018-11-20
原始碼

前言

在iOS開發中，由於ARC的普遍使用，記憶體管理的問題好像不那麼常見了，但瞭解Objective-C的記憶體管理機制依然是非常必要的，今天我們來看看autoreleasepool的一些細節，在ARC時代幾乎很少看到autoreleasepool的身影了，唯一常見的應該就是在main函式中了：

int main(int argc, char * argv[]) { 
   @autoreleasepool { 
       return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    
  }
  }複製程式碼

這裡可以看到整個 iOS 的應用都是包含在一個自動釋放池 block 中的。那麼這個autoreleasepool到底是什麼呢？接下來我們來一窺究竟。

結構

使用clang -rewrite-objc main.m將main函式所在的檔案，轉化為C++程式碼：

int main(int argc, char * argv[]) { 
   /* @autoreleasepool */ { 
__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
         return UIApplicationMain(argc, argv, __null, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("AppDelegate"), sel_registerName("class"))));
    
  }
  }複製程式碼

可以看到autoreleasepool其實是型別為__AtAutoreleasePool的結構體，那麼它又是什麼呢？我們來看看他的定義：

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

  }  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

  }  void * atautoreleasepoolobj;

  }複製程式碼

由此，我們可以知道：當使用autoreleasepool時，實際上是：

/* @autoreleasepool */ { 
   void *atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
    ...// 自己的程式碼，接收到 autorelease 訊息的物件會被新增到這個 autoreleasepool中    objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

  }複製程式碼

它其實是呼叫了objc_autoreleasePoolPush,這又是什麼？怎麼越看越多？別急，馬上到了，繼續吧，開啟runtime原始碼工程，在NSObject.mm檔案中我們看到，其實他是：

void *objc_autoreleasePoolPush(void){ 
   return AutoreleasePoolPage::push();

  }複製程式碼

最後，再來看看AutoreleasePoolPage:

class AutoreleasePoolPage { 
... magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
    ...
  }複製程式碼

終於看到他的結構了，總的來說，其實每一個自動釋放池都是由一系列的 AutoreleasePoolPage 組成的，並且每一個 AutoreleasePoolPage 的大小都是 4096 位元組（16 進位制 0x1000）根據註釋The stack is divided into a doubly-linked list of pages. Pages are added可以知道，他是以雙連結串列的形式儲存的，也對應了其結構中的parent和child，接下里我們看看他其他欄位：

  • magic
    magic是magic_t型別的結構體，它用來校驗 AutoreleasePoolPage結構的完整性
  • *next
    指向最新新增的 autoreleased 物件的下一個位置，初始化時指向 begin()
  • thread
    當前執行緒
  • parent
    指向父結點，第一個結點的 parent 值為 nil ；
  • child
    指向子結點，最後一個結點的 child 值為 nil ；
  • depth
    代表深度，從 0 開始，往後遞增 1；
  • hiwat
    代表 high water mark 。

objc_autoreleasePoolPush()

上面我們看到了objc_autoreleasePoolPush()接下來，看看push的具體操作:

static inline void *push()     { 
       id *dest;
        if (DebugPoolAllocation) { 
           // Each autorelease pool starts on a new pool page.            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        
  } else { 
           dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        
  }        assert(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    
  }複製程式碼

這裡有一個debug環境的判斷，我們忽略，直接看到autoreleaseFast():

static inline id *autoreleaseFast(id obj)    { 
       AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page &
&
 !page->
full()) { 
           return page->
add(obj);
        
  } else if (page) { 
           return autoreleaseFullPage(obj, page);
        
  } else { 
           return autoreleaseNoPage(obj);
        
  }    
  }複製程式碼
  • 當前 page 存在且沒有滿時:
    直接將物件新增到當前 page 中，即 next 指向的位置；
  • 當前 page 存在且已滿時:
    建立一個新的 page ，並將物件新增到新建立的 page 中；
  • 當前 page 不存在時即還沒有 page 時:
    建立第一個 page ，並將物件新增到新建立的 page 中。

每呼叫一次 push 操作就會建立一個新的 autoreleasepool ，即往 AutoreleasePoolPage 中插入一個POOL_BOUNDARY，並且返回插入的 POOL_BOUNDARY的記憶體地址。

從定義# define POOL_BOUNDARY nil可知：這裡的POOL_BOUNDARY其實就是nil的別名

autorelease

接下來我們看看autorelease的實現，追溯原始碼發現它的函式呼叫棧很深，依次為：

  1. -(id) autorelease
  2. _objc_rootAutorelease(id obj)
  3. objc_object::rootAutorelease()
  4. objc_object::rootAutorelease2()
  5. static inline id autorelease(id obj)
  6. static inline id *autoreleaseFast(id obj)

它以obj為引數，通過層層呼叫，最終還是呼叫到了autoreleaseFast方法，
也就是說：它和 push 操作的實現基本一致，只是不過 push 操作插入的是一個 POOL_BOUNDARY ，而 autorelease 操作插入的是一個具體的 autoreleased 物件。

objc_autoreleasePoolPop()

他其實是呼叫了：

objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt){ 
   AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);

  }複製程式碼

pop呼叫到了releaseUntil裡面有這樣的操作：

while (this->
next != stop) { 
           // Restart from hotPage() every time, in case -release             // autoreleased more objects            AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
            // fixme I think this `while` can be `if`, but I can't prove it            while (page->
empty()) { 
               page = page->
parent;
                setHotPage(page);
            
  }            page->
unprotect();
            id obj = *--page->
next;
            memset((void*)page->
next, SCRIBBLE, sizeof(*page->
next));
            page->
protect();
            if (obj != POOL_BOUNDARY) { 
               objc_release(obj);
            
  }        
  }複製程式碼

pop可以說是：以上面說到的POOL_BOUNDARY的記憶體地址為入參，根據傳入的POOL_BOUNDARY，找到這個push所在的位置，對之前入棧的每個antorealse物件都傳送一次- release訊息，並移動next指標，當指標的地址移動到POOL_BOUNDARY的位置時，這個自動釋放池內的物件釋放完畢。

應用

  1. 當使用迴圈時，使用@autoreleasePool能降低記憶體峰值（詳見《Effective Objective-C 2.0》第34條）
  2. 遍歷時儘量使用系統的enumerateObjectsUsingBlock，因為其內部有自動釋放池，而for或者for-in沒有

總結

  • 自動釋放池是由 AutoreleasePoolPage 以雙向連結串列的方式實現的。
  • 呼叫AutoreleasePoolPage::push向棧插入一個nil作為標記，並返回這個地址。
  • 當物件呼叫 autorelease 方法時，會將物件加入 AutoreleasePoolPage 的棧中（由於後加，所以他們一定在nil所在位置之上）。
  • 呼叫 AutoreleasePoolPage::pop 方法，傳遞push函式得到的地址，依次向棧中的物件傳送 release 訊息，並下移指標，直到push的nil所在位置，即完成了自動釋放。

參考資料：
NSAutoreleasePool
黑幕背後的Autorelease
Objective-C Autorelease Pool 的實現原理

來源：https://juejin.im/post/5bf35e99e51d4552ee42482f

相關文章