引言
开始之前先看一段代码，猜猜输出结果是什么？
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
__weak id refStr1 = nil;
__weak id refStr2 = nil;
@autoreleasepool {
NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello"];
refStr1 = str;
refStr2 = [str stringByAppendingString:@" world"];
}
NSLog(@"refStr1:%@",refStr1);
NSLog(@"refStr2:%@",refStr2);
}
return 0;
}
测试输出结果如下：
refStr1:hello
refStr2:(null)
refStr1为何不是空，不合常理啊！难道我所理解的自动释放池是错的！autoreleasepool到底做了什么？
autoreleasepool探究
我们知道自动释放池用于存放那些稍后在某个时刻需要释放的对象，清空自动释放池，会向其中的对象发送release消息，释放对象。上面测试中refStr1是个弱引用，不会递增str引用计数，autoreleasepool作用域结束后，str应该释放，但refStr1仍会输出"hello"。难道str没有被释放？str有没有被加入到自动释放池中？autoreleasepool本质又是什么？
使用clang命令转化为C++代码，如果当前环境不支持weak引用，可将weak声明改为__unsafe_unretained后再执行转换，__unsafe_unretained也不会增加对象的引用计数，但所指向的对象释放后，其值不会置为空，再访问可能导致意想不到的错误
clang -rewrite-objc main.m
找到main入口函数
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
__attribute__((objc_ownership(none))) id refStr1 = __null;
__attribute__((objc_ownership(none))) id refStr2 = __null;
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
NSString *str = ((NSString *(*)(id, SEL, NSString *, ...))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSString"), sel_registerName("stringWithFormat:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_0);
refStr1 = str;
refStr2 = ((NSString *(*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)str, sel_registerName("stringByAppendingString:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_1);
}
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_2,refStr1);
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_3,refStr2);
}
return 0;
}
其中@autoreleasepool{}块被转换成了{__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;}，那__AtAutoreleasePool又是什么呢？继续查找其定义
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
void * atautoreleasepoolobj;
};
__AtAutoreleasePool是个结构体，定义很简单，一个构造函数，一个析构函数，一个指针。其中在构造函数中调用了objc_autoreleasePoolPush()，在析构函数中调用了objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj)。至于atautoreleasepoolobj又是什么东东，下文再说。可以看出@autoreleasepool{}其实等价于下面代码
void* pt =objc_autoreleasePoolPush();
//your code
objc_autoreleasePoolPop(pt);
objc_autoreleasePoolPush与objc_autoreleasePoolPop这两个函数实现很简单，分别调用了AutoreleasePoolPage的静态方法push与pop
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
return AutoreleasePoolPage::push();
}
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
终于揭开autoreleasepool的神秘面纱，原来AutoreleasePoolPage才是其中的核心，其主要结构如下：
class AutoreleasePoolPage
{
magic_t const magic;
id *next;
pthread_t const thread;
AutoreleasePoolPage * const parent;
AutoreleasePoolPage *child;
uint32_t const depth;
uint32_t hiwat;
}
至于AutoreleasePoolPage的具体实现，在此不再做详细介绍，具体可参考sunnyxx《黑幕背后的Autorelease》和Draveness的《自动释放池的前世今生》。这里主要引述其结论:
- AutoreleasePool与线程一一对应，结构中的thread指向当前线程
- AutoreleasePoolPage每个对象内存大小为4096字节，除了存储其本身的实例变量外，剩下的空间用来储存加入到自动释放池中的对象的地址
- AutoreleasePoolPage以双向链表的形式组合，parent指针指向上一个page，child指针指向下一个page
- 每次调用objc_autoreleasePoolPush时，会返回一个哨兵对象，也就是上文提到的autoreleasepoolobj，指向当前AutoreleasePoolPage中next指针指向的地址。
- 向一个对象发送autorelease消息，会把这个对象的地址加入到当前AutoreleasePoolPage中next指针指向的位置，之后next指针指向新加入对象的下一位置
- 一个AutoreleasePoolPage的空间被占满时，会新建一个AutoreleasePoolPage对象，child指针指向新建的page，后来加入到自动释放池中的对象添加到新的page
- 自动释放池释放时，根据push时创建的哨兵对象，找到对应的自动释放池。从最新加入的对象一直向前清理(发送release消息)，可以向前跨越若干个page，直至哨兵对象所指向的地址。
AutoreleasePoolPage调试
了解autoreleasepool的原理后，回到开始的问题，我们的疑惑还没解决。结合调试，来看看到底发生了生么？调试需要编译后objc源码，有网友已编译好了，这里下载
修改开始的代码，输出refStr1、refStr2地址，便于对照
@autoreleasepool {
NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello"];
refStr1 = str;
refStr2 = [str stringByAppendingString:@" world"];
NSLog(@"refStr1=%p,refStr2=%p",refStr1,refStr2);
}
在大括号结束前插入断点，在控制台执行下面命令
expression AutoreleasePoolPage::hotPage() //获取当前AutoreleasePoolPage指针$0
p *$0 //查看AutoreleasePoolPage结构
p $0->printAll() //输出AutoreleasePoolPage信息
运行结果如下图
我们发现str并没有被加入到自动释放池中，所以refStr1最后仍能输出"hello"。为何str没有被加入到自动释放池中呢？
记得以前在《Effective Objective-C》中看过一段话（在"不要使用retainCount"一节），当时只做了标注，并未深思，至此方有所悟。
- 系统会尽可能把NSString实现成单例对象，这种对象的保留及释放操作都是'空操作'。编译器会把NSString对象所表示的数据放到应用程序的二进制文件里，这样的话，运行程序时就可以直接使用了，无须再创建NSString对象。
- NSNumber也类似，它使用了一种叫做'标签指针'（tagged pointer）的概念来标注特定类型的数值。这种做法不使用NSNumber对象，而是把与数值有关的全部消息都放在指针里面。运行期系统会在消息派发期间检测到这种标签指针，并对它执行相应操作，使其行为看上去和真正的NSNumber对象一样。这种优化只在某些场合使用，同样是NSNumber对象，整数做了优化，浮点数对象就没有优化。
修改上面代码，又进行了测试，果然如此！
__weak id refStr1 = nil;
__weak id refStr2 = nil;
__weak id refNum1 = nil;
__weak id refNum2 = nil;
__weak id refObj = nil;
@autoreleasepool {
NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello"];
refStr1 = str;
refStr2 = [str stringByAppendingString:@" world"];
NSNumber *number1 = [NSNumber numberWithInt:32];
NSNumber *number2 = [NSNumber numberWithFloat:3.2];
refNum1 = number1;
refNum2 = number2;
NSObject *obj = [NSObject new];
refObj = obj;
}
NSLog(@"refStr1:%@",refStr1);
NSLog(@"refStr2:%@",refStr2);
NSLog(@"refNum1:%@",refNum1);
NSLog(@"refNum2:%@",refNum2);
NSLog(@"refObj:%@",refObj);
输出结果
refStr1:hello
refStr2:(null)
refNum1:32
refNum2:(null)
refObj:(null)
至此，我们解决了开始的疑惑。
结论
- autorelease块在开始和结束时，分别调用了objc_autoreleasePoolPush和objc_autoreleasePoolPop方法
- 自动释放池功能由AutoreleasePoolPage类实现，向一个对象发送autorelease消息，会把对象对象加入到当前的AutoreleasePoolPage中。
- 自动释放池清理时，会从当前最新加入的对象开始，直至push时创建的哨兵对象结束。
- NSString和NSNumber部分对象的保留及释放操作可能是空操作，释放时不会被加入到自动释放池。
结语
刚看sunnyxx的《黑幕背后的Autorelease》，感觉甚是深奥,不解其义，自己的测试结果也与文中开始实验的结果不同，未明白是怎么回事。其实sunnyxx的文章发布至今三年多都过去了，苹果说不一定已做了优化。其测试环境是真机还是模拟器，也不得而知，不同的测试环境，其结果也可能会有差异。
后来又读到Draveness的《自动释放池的前世今生》，学习了其中的调试技巧，结合调试、测试，终于搞明白了autoreleasepool的原理，解决了以前的困惑，但目前所知只是一角。
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。自己动动手，你所学到的远比你看到的多！
思考
留个问题，ref1、ref2分别在什么时候释放？
在viewDidLoad方法结束时释放？还是在当前RunLoop即将休眠或结束时释放？或者不会释放？
诸位怎么看
__weak id ref1;
__weak id ref2;
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSString *str = @"haha";
ref1 = str;
NSObject *obj = [NSObject new];
ref2 = obj;
}
