iOS開發筆記(七):深入理解 Autorelease

卡布達巨人發表於2018-01-24

Autorelease 機制是 iOS 開發者管理物件記憶體的好夥伴,MRC中,呼叫 [obj autorelease] 來延遲記憶體的釋放是一件簡單自然的事,ARC下,我們甚至可以完全不知道 Autorelease 就能管理好記憶體。而在這背後,objc 和編譯器都幫我們做了哪些事呢,它們是如何協作來正確管理記憶體的呢?刨根問底,一起來探究下黑幕背後的 Autorelease 機制。

1.Autoreleased 物件何時被釋放

autorelease 本質上就是延遲呼叫 release,那 autoreleased 物件究竟會在什麼時候釋放呢?以下我們來做一個實驗。

特別說明:在蘋果一些新的硬體裝置上,本實驗的結果已經不再成立,詳細情況如下:

  • iPad 2

  • iPad Air

  • iPad Air 2

  • iPad Pro

  • iPad Retina

  • iPhone 4s

  • iPhone 5

  • iPhone 5s

  • iPhone 6

  • iPhone 6 Plus

  • iPhone 6s

  • iPhone 6s Plus

      __weak NSString *string_weak_ = nil;
      - (void)viewDidLoad {
      	[super viewDidLoad];
    
      	// 場景 1
      	NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"];
      	string_weak_ = string;
    
      	// 場景 2
      //    @autoreleasepool {
      //        NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"];
      //        string_weak_ = string;
      //    }
    
      	// 場景 3
      //    NSString *string = nil;
      //    @autoreleasepool {
      //        string = [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"];
      //        string_weak_ = string;
      //    }
    
      	NSLog(@"string: %@", string_weak_);
      }
    
      - (void)viewWillAppear:(BOOL)animated {
      	[super viewWillAppear:animated];
      	NSLog(@"string: %@", string_weak_);
      }
    
      - (void)viewDidAppear:(BOOL)animated {
      	[super viewDidAppear:animated];
      	NSLog(@"string: %@", string_weak_);
      }
    複製程式碼

    讓我們一起來看看 console 輸出:

      // 場景 1
      2015-05-30 10:32:20.837 AutoreleasePool[33876:1448343] string: leichunfeng
      2015-05-30 10:32:20.838 AutoreleasePool[33876:1448343] string: leichunfeng
      2015-05-30 10:32:20.845 AutoreleasePool[33876:1448343] string: (null)
    
      // 場景 2
      2015-05-30 10:32:50.548 AutoreleasePool[33915:1448912] string: (null)
      2015-05-30 10:32:50.549 AutoreleasePool[33915:1448912] string: (null)
      2015-05-30 10:32:50.555 AutoreleasePool[33915:1448912] string: (null)
    
      // 場景 3
      2015-05-30 10:33:07.075 AutoreleasePool[33984:1449418] string: leichunfeng
      2015-05-30 10:33:07.075 AutoreleasePool[33984:1449418] string: (null)
      2015-05-30 10:33:07.094 AutoreleasePool[33984:1449418] string: (null)
    複製程式碼

分析

3 種場景下,我們都通過 [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"] 建立了一個 autoreleased 物件,這是我們實驗的前提。並且,為了能夠在 viewWillAppear 和 viewDidAppear 中繼續訪問這個物件,我們使用了一個全域性的 __weak 變數 string_weak_ 來指向它。因為 __weak 變數有一個特性就是它不會影響所指向物件的生命週期,這裡我們正是利用了這個特性。

場景 1

當使用 [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"] 建立一個物件時,這個物件的引用計數為 1,並且這個物件被系統自動新增到了當前的 autoreleasepool 中。當使用區域性變數 string 指向這個物件時,這個物件的引用計數 +1 ,變成了 2。因為在 ARC 下 NSString *string 本質上就是 __strong NSString *string。所以在 viewDidLoad 方法返回前,這個物件是一直存在的,且引用計數為 2。而當 viewDidLoad 方法返回時,區域性變數 string 被回收,指向了 nil。因此,其所指向物件的引用計數 -1,變成了 1。

而在 viewWillAppear 方法中,我們仍然可以列印出這個物件的值,說明這個物件並沒有被釋放。不是一直都說當函式返回的時候,函式內部產生的物件就會被釋放的嗎?前面我們提到了,這個物件是一個 autoreleased 物件,autoreleased 物件是被新增到了當前最近的 autoreleasepool 中了,只有當這個 autoreleasepool 自身 drain 的時候,autoreleasepool 中的 autoreleased 物件才會被 release。

另外,我們注意到當在 viewDidAppear 中再列印這個物件的時候,物件的值變成了 nil ,說明此時物件已經被釋放了。因此,我們可以大膽地猜測一下,這個物件一定是在 viewWillAppear 和 viewDidAppear 方法之間的某個時候被釋放了,並且是由於它所在的 autoreleasepool 被 drain 的時候釋放的。

場景 2

同理,當通過 [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"] 建立一個物件時,這個物件的引用計數為 1。而當使用區域性變數 string 指向這個物件時,這個物件的引用計數 +1,變成了 2。而出了當前作用域時,區域性變數 string 變成了 nil ,所以其所指向物件的引用計數變成 1。另外,我們知道當出了 @autoreleasepool {} 的作用域時,當前 autoreleasepool 被 drain,其中的 autoreleased 物件被 release。所以這個物件的引用計數變成了 0,物件最終被釋放。

場景 3

同理,當出了 @autoreleasepool {} 的作用域時,其中的 autoreleased 物件被 release,物件的引用計數變成 1。當出了區域性變數 string 的作用域,即 viewDidLoad 方法返回時,string 指向了 nil,其所指向物件的引用計數變成 0,物件最終被釋放。

總結

理解在這 3 種場景下,autoreleased 物件什麼時候釋放對我們理解 Objective-C 的記憶體管理機制非常有幫助。其中,場景 1 出現得最多,就是不需要我們手動新增 @autoreleasepool {} 的情況,直接使用系統維護的 autoreleasepool ;場景 2 就是需要我們手動新增 @autoreleasepool {} 的情況,手動干預 autoreleased 物件的釋放時機;場景 3 是為了區別場景 2 而引入的,在這種場景下並不能達到出了 @autoreleasepool {} 的作用域時 autoreleased 物件被釋放的目的。

注意:不要混淆 autoreleasepool 與 @autoreleasepool {}

2.AutoreleasePool 與 RunLoop

首先我們明確什麼物件會自動加入 autoreleasepool :

  • MRC 下需要物件呼叫 autorelease 才會入池, ARC 下可以通過 __autoreleasing 修飾符,否則的話看方法名,通過呼叫 alloc/new/copy/mutablecopy 以外的方法取得的物件,編譯器幫我們自動加入 autoreleasepool (使用 alloc/new/copy/mutablecopy 方法進行初始化時,由系統管理物件,在適當的位置 release,不加入 autoreleasepool )。
  • 使用 array 會自動將返回物件註冊到 autoreleasepool。
  • __weak 修飾的物件,為了保證在引用時不被廢棄,會註冊到 autoreleasepool 中。
  • id 的指標或物件的指標,在沒有顯式指定時會被註冊到 autoreleasepool 中。

前面一節我們講到,autoreleased 物件會被加到最近的 autoreleasepool 中,只有當這個 autoreleasepool 自身 drain 的時候,autoreleasepool 中的 autoreleased 物件才會被 release (retainCount = 0 時物件釋放)。

那麼 autoreleasepool 是在什麼時候釋放的呢。個人覺得有以下兩種情況:

  • MRC 下顯式的呼叫 drain 方法。對於獲取不到的 NSAutoreleasePool 物件無法操作,不是我們討論的重點。

  • 在 runloop 開始時,都會隱式建立一個 autoreleasepool,並會在 runloop 結束時把前面建立的 autoreleasepool drain。

    AutoreleasePool 與 RunLoop

    程式執行 -> 開啟事件迴圈 -> 發生觸控事件 -> 建立自動釋放池 -> 處理觸控事件 -> 事件物件加入自動釋放池 -> 一次事件迴圈結束,銷燬自動釋放池

    至於 runloop 何時結束就無法確定了。

    上面場景一中,由於呼叫的非 alloc/new/copy/mutablecopy 方法取得物件,這個物件就自動被系統新增到了由主執行緒的 NSRunLoop 物件建立的 autoreleasepool 中,並在這個 autoreleasepool 被 drain 時得到釋放。然而 runloop 何時結束無法確定,我們也不能顯式的呼叫 drain 方法,那有沒有好的解決辦法呢?幸運的是可以。我們可以使用 NSAutoreleasepool 或 @autoreleasepool {}將物件加入到我們建立的 autorelasepool 中,手動干預釋放 (如場景二)。

    之所以可以這麼做肯定和它的實現原理有關,下面我們具體討論它的結構,相信大家看完肯定能有自己的結論。

3.AutoreleasePool 的實現

3.1 從 main 函式開始

main 函式可以說是在整個 iOS 開發中非常不起眼的一個函式,但卻是整個 iOS 應用的入口。

main.m 檔案中的內容是這樣的:

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    	return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}
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在這個 @autoreleasepool block 中只包含了一行程式碼,這行程式碼將所有的事件、訊息全部交給了 UIApplication 來處理,但是這不是本文關注的重點。

需要注意的是:整個 iOS 的應用都是包含在一個自動釋放池 block 中的。

3.2 @autoreleasepool

@autoreleasepool 到底是什麼?我們在命令列中使用使用以下命令讓編譯器重新改寫這個檔案:

clang -x objective-c -rewrite-objc -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk main.m
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在生成了一大堆警告之後,當前目錄下多了一個 main.cpp 檔案。在檔案的最後,我們可以看到如下程式碼:

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"))));
    }
}
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在這個檔案中,有一個非常奇怪的 __AtAutoreleasePool 的結構體,前面的註釋寫到 /* @autoreleasepopl */。也就是說 @autoreleasepool {} 被轉換為一個 __AtAutoreleasePool 結構體:

{
	__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
}
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想要弄清楚這行程式碼的意義,我們要在 main.cpp 中查詢名為 __AtAutoreleasePool 的結構體:

struct __AtAutoreleasePool {
    __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
    ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
    void * atautoreleasepoolobj;
};
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這個結構體會在初始化時呼叫 objc_autoreleasePoolPush() 方法,會在析構時呼叫 objc_autoreleasePoolPop 方法。

這表明,我們的 main 函式在實際工作時其實是這樣的:

int main(int argc, const char * argv[]) {
    {
    	void * atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
    
    	// do whatever you want
    
    	objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
    }
	return 0;
}
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@autoreleasepool 只是幫助我們少寫了這兩行程式碼而已,讓程式碼看起來更美觀。

4.AutoreleasePool 原始碼解析

這一節開始分析方法 objc_autoreleasePoolPush 和 objc_autoreleasePoolPop 的實現:

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

void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) {
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
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上面的方法看上去是對 AutoreleasePoolPage 對應靜態方法 push 和 pop 的封裝。

這一小節會按照下面的順序逐步解析程式碼中的內容:

  • AutoreleasePoolPage 的結構
  • objc_autoreleasePoolPush 方法
  • objc_autoreleasePoolPop 方法

4.1 AutoreleasePoolPage 的結構

AutoreleasePoolPage 是一個 C++ 中的類:

AutoreleasePoolPage

它在 NSObject.mm 中的定義是這樣的:

class AutoreleasePoolPage {
    magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
};
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  • magic 用於對當前 AutoreleasePoolPage 完整性的校驗
  • thread 儲存了當前頁所在的執行緒

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)。

#define I386_PGBYTES 4096
#define PAGE_SIZE I386_PGBYTES
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雙向連結串列

自動釋放池中的 AutoreleasePoolPage 是以雙向連結串列的形式連線起來的:

AutoreleasePoolPage-linked-list

parent 和 child 就是用來構造雙向連結串列的指標。

自動釋放池中的棧

如果我們的一個 AutoreleasePoolPage 被初始化在記憶體的 0x100816000 ~ 0x100817000 中,它在記憶體中的結構如下:

page-in-memory

其中有 56 bit 用於儲存 AutoreleasePoolPage 的成員變數,剩下的 0x100816038 ~ 0x100817000 都是用來儲存加入到自動釋放池中的物件。

begin() 和 end() 這兩個類的例項方法幫助我們快速獲取 0x100816038 ~ 0x100817000 這一範圍的邊界地址。

next 指向了下一個為空的記憶體地址,如果 next 指向的地址加入一個 object,它就會如下圖所示移動到下一個為空的記憶體地址中:

after-insert-to-page

關於 hiwat 和 depth 在文章中並不會進行介紹,因為它們並不影響整個自動釋放池的實現,也不在關鍵方法的呼叫棧中。

POOL_SENTINEL(哨兵物件)

到了這裡,你可能想要知道 POOL_SENTINEL 到底是什麼,還有它為什麼在棧中。

首先回答第一個問題: POOL_SENTINEL 只是 nil 的別名。

#define POOL_SENTINEL nil
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在每個自動釋放池初始化呼叫 objc_autoreleasePoolPush 的時候,都會把一個 POOL_SENTINEL push 到自動釋放池的棧頂,並且返回這個 POOL_SENTINEL 哨兵物件。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    {
    	void * atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
    
    	// do whatever you want
    
    	objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
    }
    return 0;
}
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上面的 atautoreleasepoolobj 就是一個 POOL_SENTINEL。

而當方法 objc_autoreleasePoolPop 呼叫時,就會向自動釋放池中的物件傳送 release 訊息,直到第一個 POOL_SENTINEL:

pop-stack

4.2 objc_autoreleasePoolPush 方法

瞭解了 POOL_SENTINEL,我們來重新回顧一下 objc_autoreleasePoolPush 方法:

void *objc_autoreleasePoolPush(void) {
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
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它呼叫 AutoreleasePoolPage 的類方法 push,也非常簡單:

static inline void *push() {
    return autoreleaseFast(POOL_SENTINEL);
}
複製程式碼

在這裡會進入一個比較關鍵的方法 autoreleaseFast,並傳入哨兵物件 POOL_SENTINEL:

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

上述方法分三種情況選擇不同的程式碼執行:

  • 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
  • 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
  • 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

最後的都會呼叫 page->add(obj) 將物件新增到自動釋放池中。

hotPage 可以理解為當前正在使用的 AutoreleasePoolPage。

page->add 新增物件

id *add(id obj) 將物件新增到自動釋放池頁中:

id *add(id obj) {
    id *ret = next;
    *next = obj;
    next++;
    return ret;
}
複製程式碼

這個方法其實就是一個壓棧的操作,將物件加入 AutoreleasePoolPage 然後移動棧頂的指標。

autoreleaseFullPage(當前 hotPage 已滿)

autoreleaseFullPage 會在當前的 hotPage 已滿的時候呼叫:

static id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page) {
    do {
        if (page->child) page = page->child;
    	else page = new AutoreleasePoolPage(page);
    } while (page->full());

    setHotPage(page);
    return page->add(obj);
}
複製程式碼

它會從傳入的 page 開始遍歷整個雙向連結串列,直到:

  • 查詢到一個未滿的 AutoreleasePoolPage
  • 使用構造器傳入 parent 建立一個新的 AutoreleasePoolPage

在查詢到一個可以使用的 AutoreleasePoolPage 之後,會將該頁面標記成 hotPage,然後調動上面分析過的 page->add 方法新增物件。

autoreleaseNoPage(沒有 hotPage)

如果當前記憶體中不存在 hotPage,就會呼叫 autoreleaseNoPage 方法初始化一個 AutoreleasePoolPage:

static id *autoreleaseNoPage(id obj) {
    AutoreleasePoolPage *page = new AutoreleasePoolPage(nil);
    setHotPage(page);

    if (obj != POOL_SENTINEL) {
        page->add(POOL_SENTINEL);
    }

    return page->add(obj);
}
複製程式碼

既然當前記憶體中不存在 AutoreleasePoolPage,就要從頭開始構建這個自動釋放池的雙向連結串列,也就是說,新的 AutoreleasePoolPage 是沒有 parent 指標的。

初始化之後,將當前頁標記為 hotPage,然後會先向這個 page 中新增一個 POOL_SENTINEL 物件,來確保在 pop 呼叫的時候,不會出現異常。

最後,將 obj 新增到自動釋放池中。

4.3 objc_autoreleasePoolPop 方法

同樣,回顧一下上面提到的 objc_autoreleasePoolPop 方法:

void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) {
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
複製程式碼

看起來傳入任何一個指標都是可以的,但是在整個工程並沒有發現傳入其他物件的例子。不過在這個方法中傳入其它的指標也是可行的,會將自動釋放池釋放到相應的位置。

我們一般都會在這個方法中傳入一個哨兵物件 POOL_SENTINEL,如下圖一樣釋放物件:

pop-stack

對 objc_autoreleasePoolPop 行為的測試

在繼續分析這個方法之前做一個小測試,在 objc_autoreleasePoolPop 傳入非哨兵物件,測試一下這個方法的行為。

下面是 main.m 檔案中的原始碼:

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {

        NSString *s = @"Draveness";
        [s stringByAppendingString:@"-Suffix"];

    }
    return 0;
}
複製程式碼

在程式碼的這一行打一個斷點,因為這裡會呼叫 autorelease 方法,將字串加入自動釋放池:

breakpoint-main

當程式碼執行到這裡時,通過 lldb 列印出當前 hotPage 中的棧內容:

print-pool-content

  • 通過 static 方法獲取當前 hotPage
  • 列印 AutoreleasePoolPage 中的內容
  • 列印當前 next 指標指向的內容,以及之前的內容,-2時已經到了 begin() 位置
  • 使用 print()和 printAll()列印自動釋放池中內容

然後將字串 @"Draveness-Suffix" 的指標傳入 pop 方法,測試 pop 方法能否傳入非哨兵引數。

pop-string

再次列印當前 AutoreleasePoolPage 的內容時,字串已經不存在了,這說明向 pop 方法傳入非哨兵引數是可行的,只是我們一般不會傳入非哨兵物件。

讓我們重新回到對 objc_autoreleasePoolPop 方法的分析,也就是 AutoreleasePoolPage::pop 方法的呼叫:

static inline void pop(void *token) {
    AutoreleasePoolPage *page = pageForPointer(token);
    id *stop = (id *)token;

    page->releaseUntil(stop);

    if (page->child) {
        if (page->lessThanHalfFull()) {
            page->child->kill();
    	} else if (page->child->child) {
            page->child->child->kill();
    	}
    }
}
複製程式碼

在這個方法中刪除了大量無關的程式碼,以及對格式進行了調整。

該靜態方法總共做了三件事情:

  • 使用 pageForPointer 獲取當前 token 所在的 AutoreleasePoolPage

  • 呼叫 releaseUntil 方法釋放棧中的物件,直到 stop

  • 呼叫 child 的 kill 方法

      if (page->lessThanHalfFull()) {
          page->child->kill();
      } else if (page->child->child) {
          page->child->child->kill();
      }
    複製程式碼

pageForPointer 獲取 AutoreleasePoolPage

pageForPointer 方法主要是通過記憶體地址的操作,獲取當前指標所在頁的首地址:

static AutoreleasePoolPage *pageForPointer(const void *p) {
    return pageForPointer((uintptr_t)p);
}

static AutoreleasePoolPage *pageForPointer(uintptr_t p) {
    AutoreleasePoolPage *result;
    uintptr_t offset = p % SIZE;

    assert(offset >= sizeof(AutoreleasePoolPage));

    result = (AutoreleasePoolPage *)(p - offset);
    result->fastcheck();

    return result;
}
複製程式碼

將指標與頁面的大小,也就是 4096 取模,得到當前指標的偏移量,因為所有的 AutoreleasePoolPage 在記憶體中都是對齊的:

p = 0x100816048
p % SIZE = 0x48
result = 0x100816000
複製程式碼

而最後呼叫的方法 fastCheck() 用來檢查當前的 result 是不是一個 AutoreleasePoolPage。

通過檢查 magic_t 結構體中的某個成員是否為 0xA1A1A1A1。

releaseUntil 釋放物件

releaseUntil 方法的實現如下:

void releaseUntil(id *stop) {
    while (this->next != stop) {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();

        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_SENTINEL) {
    	    objc_release(obj);
    	}
    }

    setHotPage(this);
}
複製程式碼

它的實現還是很容易的,用一個 while 迴圈持續釋放 AutoreleasePoolPage 中的內容,直到 next 指向了 stop。

使用 memset 將記憶體的內容設定成 SCRIBBLE,然後使用 objc_release 釋放物件。

kill() 方法

到這裡,沒有分析的方法就只剩下 kill 了,而它會將當前頁面以及子頁面全部刪除:

void kill() {
    AutoreleasePoolPage *page = this;
    while (page->child) page = page->child;

    AutoreleasePoolPage *deathptr;
    do {
        deathptr = page;
    	page = page->parent;
    	if (page) {
    	    page->unprotect();
    	    page->child = nil;
    	    page->protect();
    	}
    	delete deathptr;
    } while (deathptr != this);
}
複製程式碼

4.4 autorelease 方法

我們已經對自動釋放池生命週期有一個比較好的瞭解,最後需要了解的話題就是 autorelease 方法的實現,先來看一下方法的呼叫棧:

- [NSObject autorelease]
└── id objc_object::rootAutorelease()
	└── id objc_object::rootAutorelease2()
    	└── static id AutoreleasePoolPage::autorelease(id obj)
       	 └── static id AutoreleasePoolPage::autoreleaseFast(id obj)
          	  ├── id *add(id obj)
          	  ├── static id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page)
          	  │   ├── AutoreleasePoolPage(AutoreleasePoolPage *newParent)
          	  │   └── id *add(id obj)
          	  └── static id *autoreleaseNoPage(id obj)
          	  		├── AutoreleasePoolPage(AutoreleasePoolPage *newParent)
          	  		└── id *add(id obj)
複製程式碼

在 autorelease 方法的呼叫棧中,最終都會呼叫上面提到的 autoreleaseFast 方法,將當前物件加到 AutoreleasePoolPage 中。

這一小節中這些方法的實現都非常容易,只是進行了一些引數上的檢查,最終還要呼叫 autoreleaseFast 方法:

inline id objc_object::rootAutorelease() {
    if (isTaggedPointer()) return (id)this;
    if (prepareOptimizedReturn(ReturnAtPlus1)) return (id)this;

    return rootAutorelease2();
}

__attribute__((noinline,used)) id objc_object::rootAutorelease2() {
    return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}

static inline id autorelease(id obj) {
    id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
    return obj;
}
複製程式碼

由於在上面已經分析過 autoreleaseFast 方法的實現,這裡就不會多說了。

4.5 小結

整個自動釋放池 autoreleasepool 的實現以及 autorelease 方法都已經分析完了,我們再來回顧一下文章中的一些內容:

  • 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。

5.拾遺

5.1 NSAutoreleasePool

NSAutoreleasePool 是 Cocoa 用來支援引用計數記憶體管理機制的類,當一個 autorelease pool 被 drain 的時候會對 pool 裡的物件傳送一條 release 的訊息。(不能在 ARC 下使用)

使用方法如下:

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
NSArray *array = [[[NSArray alloc] init] autorelease];
[pool drain];
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5.2 AutoreleasePool 與執行緒

每一個執行緒 (包括主執行緒) 都有一個 autoreleasepool 棧。當一個新的池子被建立的時候,push 進棧,當池子被釋放記憶體時,pop 出棧。物件呼叫 autorelease 方法進入棧頂的池子中。當執行緒結束的時候,它會自動地銷燬掉所有跟它有關聯的池子。

執行緒中的自動釋放池棧

5.3 容器的 block 版本的列舉器

使用容器的 block 版本的列舉器時,內部會自動新增一個 autoreleasepool:

[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop) {
// 這裡被一個區域性@autoreleasepool包圍著
}];
複製程式碼

當然,在普通 for 迴圈和 for in 迴圈中沒有,所以,還是新版的 block 版本列舉器更加方便。for 迴圈中遍歷產生大量 autorelease 變數時,就需要手加區域性 autoreleasepool 咯。

5.4 什麼時候用 AutoreleasePool

  • 寫基於命令列的程式時,就是沒有 UI 框架時,如 AppKit 等 Cocoa 框架。
  • 寫迴圈,迴圈裡面包含了大量臨時建立的物件。
  • 建立了新的執行緒。
  • 長時間在後臺執行的任務。

5.5 子執行緒預設不會開啟 Runloop,那出現 Autorelease 物件如何處理?不手動處理會記憶體洩漏嗎?

這一點請參考does NSThread create autoreleasepool automaticly now?各個執行緒 Autorelease 物件的記憶體管理

6.參考

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