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iOS内存管理机制

19 October 2015

iOS内存管理机制

Objective-C内存管理的对象

  • 主要有两类，一类是值类型，比如int、float、struct等基本数据类型；
  • 另一类是引用类型，也就是继承自NSObject类的所有的OC对象；
  • 前一种值类型不需要我们管理，后一种引用类型是需要我们管理内存的；
  • 值类型会被放入栈中，他们依次紧密排列，在内存中占有一块连续的内存空间，遵循先进后出的原则；
  • 引用类型会被放到堆中，当给对象分配内存空间时，会随机的从内存当中开辟空间，对象与对象之间可能会留有不确定大小的空白空间，因此会产生很多内存碎片，需要我们管理；
  • 栈内存与堆内存从性能上比较，栈内存要优于堆内存，这是因为栈遵循先进后出的原则，因此当数据量过大时，存入栈会明显的降低性能。因此，我们会把大量的数据存入堆中，然后栈中存放堆的地址，当需要调用数据时，就可以快速的通过栈内的地址找到堆中的数据。

Objective-C管理内存的方式

  • MRC（人工引用计数），手动管理内存；
  • ARC(自动引用计数)，自动管理内存；

与内存有关的修饰符

  • strong ：强引用，ARC中使用，与MRC中retain类似，使用之后，计数器+1。
  • weak ：弱引用 ，ARC中使用，如果只想的对象被释放了，其指向nil，可以有效的避免野指针，其引用计数为1。
  • readwrite : 可读可写特性，需要生成getter方法和setter方法时使用。
  • readonly : 只读特性，只会生成getter方法 不会生成setter方法，不希望属性在类外改变。
  • assign ：赋值特性，不涉及引用计数，弱引用，setter方法将传入参数赋值给实例变量，仅设置变量时使用。
  • retain ：表示持有特性，setter方法将传入参数先保留，再赋值，传入参数的retaincount会+1。
  • copy ：表示拷贝特性，setter方法将传入对象复制一份，需要完全一份新的变量时。
  • nonatomic ：非原子操作，不加同步，多线程访问可提高性能，但是线程不安全的。决定编译器生成的setter getter是否是原子操作。
  • atomic ：原子操作，同步的，表示多线程安全，与nonatomic相反。

引用计数

  • 引用计数（Reference Count）是一个简单而有效的管理对象生命周期的方式。
  • 当我们创建一个新对象的时候，它的引用计数为 1，当有一个新的指针指向这个对象时，我们将其引用计数加 1，当某个指针不再指向这个对象是，我们将其引用计数减 1，当对象的引用计数变为 0 时，说明这个对象不再被任何指针指向了，这个时候我们就可以将对象销毁，回收内存。
  • 由于引用计数简单有效，除了 Objective-C 和 Swift 语言外，微软的 COM（Component Object Model ）、C++11（C++11 提供了基于引用计数的智能指针 share_prt）等语言也提供了基于引用计数的内存管理方式。
  • 对 Linux 文件系统比较了解的人可能发现，引用计数的这种管理方式类似于文件系统里面的硬链接。在 Linux 文件系统中，我们用 ln 命令可以创建一个硬链接（相当于我们这里的 retain)，当删除一个文件时（相当于我们这里的 release)，系统调用会检查文件的 link count 值，如果大于 1，则不会回收文件所占用的磁盘区域。直到最后一次删除前，系统发现 link count 值为 1，则系统才会执行直正的删除操作，把文件所占用的磁盘区域标记成未用。

ARC

  • ARC 背后的原理是依赖编译器的静态分析能力，通过在编译时找出合理的插入引用计数管理代码;
  • Swift 语言，而该语言仍然使用 ARC 技术，作为其内存管理方式。
  • ARC下还需要自己管理内存的情况：
    • 遇到底层 Core Foundation 对象，需要手动管理引用计数；
    • 过度使用 block 之后，可能需要手动处理对象的引用(强弱引用处理)

处理循环引用的几种方案

  • 主动断开循环引用。例如:Controller持有了网络请求对象; 网络请求对象持有了回调的block; 回调的 block 里面使用了 self，所以持有了 Controller; 解决办法就是，在网络请求结束后，网络请求对象执行完 block 之后，主动释放对于block的持有，将其置为null，以便打破循环引用。
  • 使用弱引用。弱引用虽然持有对象，但是并不增加引用计数，这样就避免了循环引用的产生。

弱引用的实现原理

  • 系统对于每一个有弱引用的对象，都维护一个表来记录它所有的弱引用的指针地址。这样，当一个对象的引用计数为 0 时，系统就通过这张表，找到所有的弱引用指针，继而把它们都置成 nil。
  • 可以看出，弱引用的使用是有额外的开销的。虽然这个开销很小，但是如果一个地方我们肯定它不需要弱引用的特性，就不应该盲目使用弱引用。

使用Xcode检测循环引用

  • Xcode 的 Instruments 工具集可以很方便的检测循环引用；
  • Xcode 的菜单栏选择：Product -> Profile，然后选择 “Leaks”，再点击右下角的”Profile” 按钮开始检测；
  • Instruments 中会用一条红色的条来表示一次内存泄漏的产生。
  • 切换到 Leaks 这栏，点击”Cycles & Roots”，就可以看到以图形方式显示出来的循环引用。

Core Foundation 对象的内存管理

  • 底层的 Core Foundation 对象，在创建时大多以 XxxCreateWithXxx 这样的方式创建。

  • 对于这些对象的引用计数的修改，要相应的使用 CFRetain 和 CFRelease 方法。例如：

     // 创建一个 CFStringRef 对象
 CFStringRef str= CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, “hello world", kCFStringEncodingUTF8);
   
 // 创建一个 CTFontRef 对象
 CTFontRef fontRef = CTFontCreateWithName((CFStringRef)@"ArialMT", fontSize, NULL);
 // 引用计数加 1
 CFRetain(fontRef);
 // 引用计数减 1
 CFRelease(fontRef);

  • 在 ARC 下，我们有时需要将一个 Core Foundation 对象转换成一个 Objective-C 对象，这个时候我们需要告诉编译器，转换过程中的引用计数需要做如何的调整。这就引入了bridge相关的关键字，以下是这些关键字的说明：

    • __bridge: 只做类型转换，不修改相关对象的引用计数，原来的 Core Foundation 对象在不用时，需要调用 CFRelease 方法。
    • __bridge_retained: 类型转换后，将相关对象的引用计数加 1，原来的 Core Foundation 对象在不用时，需要调用 CFRelease 方法。
    • __bridge_transfer: 类型转换后，将该对象的引用计数交给 ARC 管理，Core Foundation 对象在不用时，不再需要调用 CFRelease 方法。

以上参考：

iOS内存管理机制解析

理解iOS的内存管理

Objective-C中的内存分配

10个Objective-C基础面试题，iOS面试必备