Objective-C 内存管理

Objective-C 内存管理

在 Objective-C 中,对象通常是使用 alloc 方法在堆上创建的。 [NSObject alloc] 方法会在对堆上分配一块内存,按照NSObject的内部结构填充这块儿内存区域。

一旦对象创建完成,就不可能再移动它了。因为很可能有很多指针都指向这个对象,这些指针并没有被追踪。因此没有办法在移动对象的位置之后更新全部的这些指针。

MRC 与 ARC


Objective-C中提供了两种内存管理机制:MRC(MannulReferenceCounting)和 ARC(Automatic Reference Counting),分别提供对内存的手动和自动管理,来满足不同的需求。现在苹果推荐使用 ARC 来进行内存管理。

MRC

  • autorelease 使得对象在超出生命周期后能正确的被释放(通过调用release方法)。在调用 release 后,对象会被立即释放,而调用 autorelease 后,对象不会被立即释放,而是注册到 autoreleasepool 中,经过一段时间后 pool结束,此时调用release方法,对象被释放。

  • 在MRC的内存管理模式下,与对变量的管理相关的方法有:retain, release 和 autorelease。retain 和 release 方法操作的是引用记数,当引用记数为零时,便自动释放内存。并且可以用 NSAutoreleasePool 对象,对加入自动释放池(autorelease 调用)的变量进行管理,当 drain 时回收内存。

ARC

自动内存管理机制,会根据引用计数自动监视对象的生存周期,实现方式是在编译时期自动在已有代码中插入合适的内存管理代码以及在 Runtime 做一些优化。

  • __strong 是默认使用的标识符。只有还有一个强指针指向某个对象,这个对象就会一直存活。

  • __weak 声明这个引用不会保持被引用对象的存活,如果对象没有强引用了,弱引用会被置为 nil

  • __unsafe_unretained 声明这个引用不会保持被引用对象的存活,如果对象没有强引用了,它不会被置为 nil。如果它引用的对象被回收掉了,该指针就变成了野指针。

  • __autoreleasing 用于标示使用引用传值的参数(id *),在函数返回时会被自动释放掉。

引用循环

当两个对象互相持有对方的强引用,并且这两个对象的引用计数都不是0的时候,便造成了引用循环。

要想破除引用循环,可以从以下几点入手:

  • 注意变量作用域,使用 autorelease 让编译器来处理引用
  • 使用弱引用(weak)
  • 当实例变量完成工作后,将其置为nil

Autorelease Pool

Autorelase Pool 提供了一种可以允许你向一个对象延迟发送release消息的机制。当你想放弃一个对象的所有权,同时又不希望这个对象立即被释放掉(例如在一个方法中返回一个对象时),Autorelease Pool 的作用就显现出来了。

所谓的延迟发送release消息指的是,当我们把一个对象标记为autorelease时:

NSString* str = [[[NSString alloc] initWithString:@"hello"] autorelease];

这个对象的 retainCount 会+1,但是并不会发生 release。当这段语句所处的 autoreleasepool 进行 drain 操作时,所有标记了 autorelease 的对象的 retainCount 会被 -1。即 release 消息的发送被延迟到 pool 释放的时候了。

在 ARC 环境下,苹果引入了 @autoreleasepool 语法,不再需要手动调用 autorelease 和 drain 等方法。

Autorelease Pool 的用处

在 ARC 下,我们并不需要手动调用 autorelease 有关的方法,甚至可以完全不知道 autorelease 的存在,就可以正确管理好内存。因为 Cocoa Touch 的 Runloop 中,每个 runloop circle 中系统都自动加入了 Autorelease Pool 的创建和释放。

当我们需要创建和销毁大量的对象时,使用手动创建的 autoreleasepool 可以有效的避免内存峰值的出现。因为如果不手动创建的话,外层系统创建的 pool 会在整个 runloop circle 结束之后才进行 drain,手动创建的话,会在 block 结束之后就进行 drain 操作。

例子

for (int i = 0; i < 100000000; i++)
{
    @autoreleasepool
    {
        NSString* string = @"ab c";
        NSArray* array = [string componentsSeparatedByString:string];
    }
}

Autorelease Pool 进行 Drain 的时机

如上面所说,系统在 runloop 中创建的 autoreleaspool 会在 runloop 一个 event 结束时进行释放操作。我们手动创建的 autoreleasepool 会在 block 执行完成之后进行 drain 操作。需要注意的是:

  1. 当 block 以异常(exception)结束时,pool 不会被 drain
  2. Pool 的 drain 操作会把所有标记为 autorelease 的对象的引用计数减一,但是并不意味着这个对象一定会被释放掉,我们可以在 autorelease pool 中手动 retain 对象,以延长它的生命周期(在 MRC 中)。
  3. Pool drain的时机(Runloop一次周期的休眠前)

Autorelease Pool 与函数返回值

如果一个函数的返回值是指向一个对象的指针,那么这个对象肯定不能在函数返回之前进行 release,这样调用者在调用这个函数时得到的就是野指针了,在函数返回之后也不能立刻就 release,因为我们不知道调用者是
不是 retain 了这个对象,如果我们直接 release 了,可能导致后面在使用这个对象时它已经成为 nil 了。

为了解决这个纠结的问题, Objective-C 中对对象指针的返回值进行了区分,一种叫做 retained return value,另一种叫做 unretained return value。前者表示调用者拥有这个返回值,后者表示调用者不拥有这个返回值,按照“谁拥有谁释放”的原则,对于前者调用者是要负责释放的,对于后者就不需要了。

  • MRC
    在 MRC 中我们需要关注这两种函数返回类型的区别,否则可能会导致内存泄露。

对于 retained return value,需要负责释放

假设我们有一个 property 定义如下:

@property (nonatomic, retain) NSObject *property;

在对其赋值的时候,我们应该使用:

self.property = [[[NSObject alloc] init] autorelease];

然后在 dealloc 方法中加入:

[_property release];
_property = nil;

这样内存的情况大体是这样的:

  1. init 把 retain count 增加到 1
  2. 赋值给 self.property ,把 retain count 增加到 2
  3. 当 runloop circle 结束时,autorelease pool 执行 drain,把 retain count 减为 1
  4. 当整个对象执行 dealloc 时, release 把 retain count 减为 0,对象被释放

可以看到没有内存泄露发生。


对于 unretained return value,不需要负责释放

当我们调用非 alloc,init 系的方法来初始化对象时(通常是工厂方法),我们不需要负责变量的释放,可以当成普通的临时变量来使用:

NSString *name = [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", firstName, lastName];
self.name = name
// 不需要执行 [name release]
  • ARC

在 ARC 中我们完全不需要考虑这两种返回值类型的区别,ARC 会自动加入必要的代码,因此我们可以放心大胆地写:

self.property = [[NSObject alloc] init];
self.name = [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", firstName, lastName];

参考:Objective-C 内存管理

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