objc的内存管理详解

objc作为极少见的以引用记数来管理内存的动态语言，对于从其它语言转过来的开发者来说有点陌生，甚至是对于MRC或者ARC有点束手无策，网上的文章一般不能透彻的分析其中的奥妙，还好《objc高级编程》这本书为我们打开了objc引用记数的神秘面纱，这里将这本书中关于的内存管理方面的精髓做个总结。

MRC

MRC(Manual Reference Counting)，顾名思义即手动管理对象的引用记数，在xcode4.2之前， ios开发者都需要自己来管理对象的生命周期，其有四个准则：

自己生成的对象自己持有
```
 {
     id obj1 = [[NSObject alloc] init];
     id obj2 = [[NSObject new];
     id obj3 = [[NSObject copy];
     id obj4 = [[NSObject mutableCopy];
 }
```
这四种方式（alloc/new/copy/mutableCopy，以及以他们开头的函数簇）生成的对象是自己生成并持有的对象。
非自己生成的对象自己也能持用
```
 {
     id obj = [NSArray array];
     [obj retain];
 }
```
对于非自己生成的对象，需要调用retain来持有该对象。
不需要自己持有的对象时释放
```
 {
     id obj = [[NSObject alloc] init];
     [obj release];
 }
```
如果自己持有的对象不再需要，使用release释放。
无法释放非自己持有的对象
```
 {
     id obj = [NSArray array];
     [obj release];
 }
```
上述release调用会导致奔溃，因为释放非自己持有的对象是非法的。

实现上述引用记数（垃圾回收的一种）有两种通用的方式，如下：

将引用记数（retainCount）保存在对象头中，调用alloc或者retain之后，retainCount ＋1，调用release之后，retainCount－1，当引用记数为0时，调用对象的dealloc方法来释放当前的对象。
将引用记数和内存块地址保存在散列表（即引用记数表）中，引用记数的作用同上，内存块地址用来追溯对象的内存地址。

苹果的实现方式为第2种方式，显然这种方式有利于调试和追溯内存空间。

* 谈到objc的内存管理就不得不说autoRelease（自动release），其管理内存的方式如下：
{
    id obj = [[NSObject alloc] init];
    [obj autorelease];
}
当autorelease调用发生时，obj对象会被注册进对应的autoreleasePool中，NSRunloop
此次循环结束的时候将pool中的对象废弃。所以对于注册进autoreleasePool中的对象，
并不是立即废弃，而是需要等循环结束来释放pool。

ARC

ARC(Automatic Reference Counting)，即是编辑器帮助我们自动管理引用记数，大大地提升了开发者的效率，是现在xcode的默认管理内存方式，其是通过给对象加上所有权修饰符来实现的，一共有四种修饰符号：

__strong修饰符（id类型和对象类型默认的修饰符号）

 {
     id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init];/*对象A*/
     id __strong obj1 = [[NSObject alloc] init];/*对象B*/
     obj0 = obj1;/*obj0持有对象B的强引用，因此原先的对A强引用失效，故而废弃对象A*/
 }

由此可见，__strong不止在变量作用域，在赋值上也能正确管理对象所有者。那么ARC是如何来实现自动管理的呢？

  {
      id obj = [[NSObject alloc] init];

      /*编译器模拟代码*/
      id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
      objc_msgSend(obj, @selector(init));
      objc_release(obj);
  }

  {
      id obj = [NSArray array];

      /*编译器模拟代码*/
      id obj = objc_msgSend(NSArray, @selector(array));
      objc_retainAutoreleaseReturnValue(obj);
      objc_release(obj);

      + (id) array {
          return [[NSArray alloc] init];
      }

      /*编译器模拟代码*/
      + (id) array {
          id obj = objc_msgSend(NSArray, @selector(alloc));
          objc_msgSend(obj, @selector(init));
          return objc_autoreleaseReturnValue(obj);
      }
  }

上面两个代码块，清晰得展现除了__strong的模拟实现过程，即ARC会在适当的地方自动插入 release代码。特别注意上述参数传递过程的实现，中间借助autoreleasePool来过度。

__weak修饰符（为了避免环形引用）

 id __weak obj1;
 {
     id obj0 = [[NSObject alloc] init];
     obj1 = obj0;
 }
 /*
     此处obj1为nil，因为对象的强引用为0时即被释放
 */

weak修饰符使我们能够使用对象，但是不持有对象。ARC是通过用weak表来记录weak变量的，weak表与上文中的引用记数表相似，都是散列表的实现。一个对象被收回时，其在 weak表中的所有weak记录全部被销毁，其weak变量被赋值为nil。所以大量的weak修饰必然会损耗性能，所以只在有循环应用危险的时候使用weak才是正确姿势。

对于weak修饰符还有一个比较有意思的事情，就是：使用附有weak修饰符的变量就是使用 autoreleasePool中的变量，这一点描述如下：

```
{
    id __weak obj1 = obj;
    NSLog(@"%@", obj1);

    /*编译器模拟代码*/
    id obj1;
    objc_initWeak(&obj1, obj);
    id tmp = objc_loadWeakRetained(&obj1);
    objc_autorelease(tmp);
    NSLog(@"%@", tmp);
    objc_destoryWeak(&obj1);
}
```

由以上可以得知，所有附有weak修饰的变量的使用，均会被注册到autoreleasePool中，使用几次就会被注册几次，所以过多的使用weak也会造成问题。所以恰当使用weak很重要。

__unsafe_unretained修饰符

此修饰符与weak一样，不会持有对象，但其不属于编译器管理的对象，所以是不安全的，使用较少（可以在ios5之前，代替weak的作用）。

__autoreleasing修饰符

比较少用。其调用的效果和MRC下调用autorelease的效果相同。

bridge

Objective-c中的对象（Foundation）与Core Foundation的对象没有任何区别，在MRC中，两者之间可以自由转换，不需要使用额外的cpu资源。但是使用ARC来管理对象的情况下，需要使用显式的转换，而且转换的安全性有所下降。如下有几种bridge书写方式。

__bridge转换(赋值)

 {
     id obj = [[NSObject alloc] init];
     void *p = (__bridge void *)obj;
     id o = (__bridge id)p;
 }

bridge_retained与bridge_transfer

 {
     id obj = [[NSObject alloc] init];
     /*变量p（Core Foundation）也持有对象*/
     void *p = (__bridge_retained void *)obj;

     /*被转换变量在被赋值给转换变量之后随之释放*/
     id obj = (__bridge_transfer id)p;

 }

引用记数作为垃圾回收最原始的方式，在objc中得以发扬光大，由此可见“技术并没有优劣之分，在进行足够的探索和优化之后也能发挥巨大的作用”。上面是总结了objc内存管理的一些关键要领，只有从大的引用记数的方向去把握objc的实现方式，才能真正领悟它。

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zhing / 2016-07-17
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