内存管理-MRC与ARC

引用计数

在iOS中，使用引用计数来管理OC对象的内存
1、一个新创建的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间
2、调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1
3、引用计数存在优化过的isa指针中（19位存放引用计数，不够存储的时候has_sidetable_rc变为1，若不够存储就存到SideTable中的refcountMap散列表中
4、当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它

MRC Manual Reference Counting 手动引用计数（手动内存管理）

ARC Automatic Reference Counting 自动引用计数（自动内存管理）

一、MRC

简单的说：谁retain谁release

@interface ViewController ()
//retain 引用计数+1
@property (retain, nonatomic) NSMutableArray *data;
@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
 //三种方式
//1、最原始的写法  
// self.data = [[NSMutableArray alloc] init];
// [self.data release];

//2、写法不需要release 内部已经autorelease、  
 //self.data = [NSMutableArray array];

 // 3、autorelease 不需要再去release   
 //self.data = [[[NSMutableArray alloc] init] autorelease];
}

- (void)dealloc {
    self.data = nil;
    [super dealloc];
}

二、ARC

ARC 都帮我们做了什么？
LLVM + Runtime互相协调， ARC 利用LLVM编译器自动帮我生成release和retain，autorelease相当于开启了ARC，弱引用就要用到Runtime，在程序运行过程中监控到对象销毁的时候，会把对象对应的弱引用都清空，不是编译器的功劳是runtime功劳

自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage

调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的

看实例,简单的类创建和释放过程

1、自动给释放池

   @autoreleasepool {
            MJPerson *person = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
    }

2、编译c++代码如下

 {
    __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
    MJPerson *person = ((MJPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((MJPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((MJPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("MJPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init")), sel_registerName("autorelease"));
 }

3、c++代码简化后，申明了__AtAutoreleasePool局部变量，创建MJPerson类

 {
 __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;//申明局部变量 里面是一个结构体
 MJPerson *person = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];//创建person
 }

4、__AtAutoreleasePool再往底层，里面实际是一个结构体,结构体里是一个构造函数，一个析构函数

 struct __AtAutoreleasePool {
    __AtAutoreleasePool() { // 构造函数，在创建结构体的时候调用
        atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
    }
 
    ~__AtAutoreleasePool() { // 析构函数，在结构体销毁的时候调用
        objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
    }
    void * atautoreleasepoolobj;
 };

5、所以又把最初的自动释放池创建类简化为三行代码，主要是构造函数：atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush(); 及析构函数：objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

@autoreleasepool {
           MJPerson *person = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
    }

简化后

 atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();构造函数
 MJPerson *person = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
 objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);//析构函数

5.1 构造函数push atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();

c语言的objc_autoreleasePoolPush()会调用c++类的AutoreleasePoolPage::push()方法

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

push底层内部实现

  static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (slowpath(DebugPoolAllocation)) {
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        ASSERT(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }

5.2 析构函数pop objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

 void
 objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
 {
     AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
 }

pop内部实现

template<bool allowDebug>
    static void
    popPage(void *token, AutoreleasePoolPage *page, id *stop)
    {
        if (allowDebug && PrintPoolHiwat) printHiwat();

        page->releaseUntil(stop);

        // memory: delete empty children
        if (allowDebug && DebugPoolAllocation  &&  page->empty()) {
            // special case: delete everything during page-per-pool debugging
            AutoreleasePoolPage *parent = page->parent;
            page->kill();
            setHotPage(parent);
        } else if (allowDebug && DebugMissingPools  &&  page->empty()  &&  !page->parent) {
            // special case: delete everything for pop(top)
            // when debugging missing autorelease pools
            page->kill();
            setHotPage(nil);
        } else if (page->child) {
            // hysteresis: keep one empty child if page is more than half full
            if (page->lessThanHalfFull()) {
                page->child->kill();
            }
            else if (page->child->child) {
                page->child->child->kill();
            }
        }
    }

5.3 调用c++中push中有autoreleaseNewPage， pop中AutoreleasePoolPage，所以都用到AutoreleasePoolPage，因此自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage

6、__AtAutoreleasePool内部是两个结构体，objc_autoreleasePoolPush以下简称push， objc_autoreleasePoolPop 简称push

这两个里又用到AutoreleasePoolPage数据结构，所以底层都是靠AutoreleasePoolPage来管理，调用autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的
去NSObject中查看AutoreleasePoolPage类，objc4源码：NSObject.mm

6.1 AutoreleasePoolPage类中的有用的成员变量

成员变量

6.2 AutoreleasePoolPage内部结构，0x1000-0x2000，共4096个字节

6.2.1 、0x1000-0x1038段存成员变量

由图可知0x1000转十进制为4096------0x1038转十进制4152,一共56个字节，用来存储成员变量

6.2.2 、0x1038-0x2000存autorelease对象的地址4040个字节

0x1038转十进制为4152------0x2000转十进制8192,一共4040个字节，用来存放autorelease对象的地址

6.2.3 、 AutoreleasePoolPage对象通过双向链表链接

所有的AutoreleasePoolPage对象通过双向链表的形式连接在一起，用child指针指向下一个AutoreleasePoolPage，用parent指针指向上一个AutoreleasePoolPage
若剩下的（0x1038到0x2000之间）4040个字节中不够存放autorelease对象，会创建下一个 AutoreleasePoolPage对象（一般一个对象8个字节）

AutoreleasePoolPage内部结构

AutoreleasePoolPage中，查看底层代码

begin() 实现,返回的是这个指针的地址和大小

id * begin() {
        return (id *) ((uint8_t *)this+sizeof(*this));
    }

end() 实现，得到整个地址大小SIZE=4096个字节

 id * end() {
        return (id *) ((uint8_t *)this+SIZE);
    }

注意：不是一个person对象对应创建一个AutoreleasePoolPage，也不是一个pool池创建一个AutoreleasePoolPage，是放不下的时候才会创建多个，如1000个person对象至少需要8000个字节，因为一个AutoreleasePoolPage中能存储autorelease对象一共是4040个，那么至少是需要两个AutoreleasePoolPage才够存放，存放方式

6.3 AutoreleasePoolPage中进栈出栈过程（栈不是指的栈区，这部分存在数据块区）

push过程

6.3.1 一个AutoreleasePool

一个对象调用objc_autoreleasePoolPush（push）方法会将一个POOL_BOUNDARY等于0入栈，表示边界，并且返回其存放的内存地址
POOL_BOUNDARY放在autorelease的首位置接下来的位置存放person1 person2 .。。。

 @autoreleasepool {
            // atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
        MJPerson *p1 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
        MJPerson *p2 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
            //        objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
        }

查看源码
objc_autoreleasePoolPush是将一开始的POOL_BOUNDARY压入page栈中，再把对象地址返回（可以自行查看源码），不够哟过时创建下一个page

 page->add(POOL_BOUNDARY);

page中autorelease对象的存放

6.3.1 多个AutoreleasePool嵌套

@autoreleasepool { //  r1 = push()
        
        MJPerson *p1 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
        MJPerson *p2 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
        MJPerson *p21 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
        MJPerson *p22 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
        MJPerson *p23 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
        @autoreleasepool { // r2 = push()
            for (int i = 0; i < 600; i++) {
                MJPerson *p3 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
            }
            @autoreleasepool { // r3 = push()
                MJPerson *p4 = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];
              _objc_autoreleasePoolPrint();
            } // pop(r3)
        } // pop(r2)
    } // pop(r1)

打印结果,可以看出换页了，有full hot标记

objc[37067]: ##############
objc[37067]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000e7e00
objc[37067]: 609 releases pending.
bjc[37067]: [0x106009000]  ................  PAGE (full)  (cold)
objc[37067]: [0x106009038]  ################  POOL 0x106009038
objc[37067]: [0x106009040]       0x10052b610  MJPerson
objc[37067]: [0x106009048]       0x10052ac30  MJPerson
objc[37067]: [0x106009050]       0x100529dc0  MJPerson
objc[37067]: [0x106009058]       0x100529830  MJPerson
objc[37067]: [0x106009060]       0x100529350  MJPerson
objc[37067]: [0x106009068]  ################  POOL 0x106009068
objc[37067]: [0x106009070]       0x1005294b0  MJPerson
objc[37067]: [0x106009078]       0x100524da0  MJPerson
objc[37067]: [0x106009080]       0x100529040  MJPerson
.
.
.省略
objc[37067]: [0x106009ff8]       0x10052f380  MJPerson
objc[37067]: [0x100810000]  ................  PAGE  (hot) 
objc[37067]: [0x100810038]       0x10052f390  MJPerson
objc[37067]: [0x100810040]       0x10052f3a0  MJPerson
objc[37067]: [0x100810048]       0x10052f3b0  MJPerson
.
.
objc[37067]: [0x100810360]       0x10052f9e0  MJPerson
objc[37067]: [0x100810368]  ################  POOL 0x100810368
objc[37067]: [0x100810370]       0x10052f9f0  MJPerson
objc[37067]: ##############

注：............... PAGE (full) (cold)表示已满，................ PAGE (hot) 表示当前活跃的page

这里需要至少两个page,里面的存放方式是每一个autoreleasepool的push都会有一个POOL_BOUNDARY

跨page存放

pop 过程

查看源码

template<bool allowDebug>
    static void
    popPage(void *token, AutoreleasePoolPage *page, id *stop)
    {
        if (allowDebug && PrintPoolHiwat) printHiwat();

        page->releaseUntil(stop);

        // memory: delete empty children
        if (allowDebug && DebugPoolAllocation  &&  page->empty()) {
            // special case: delete everything during page-per-pool debugging
            AutoreleasePoolPage *parent = page->parent;
            page->kill();
            setHotPage(parent);
        } else if (allowDebug && DebugMissingPools  &&  page->empty()  &&  !page->parent) {
            // special case: delete everything for pop(top)
            // when debugging missing autorelease pools
            page->kill();
            setHotPage(nil);
        } else if (page->child) {
            // hysteresis: keep one empty child if page is more than half full
            if (page->lessThanHalfFull()) {
                page->child->kill();
            }
            else if (page->child->child) {
                page->child->child->kill();
            }
        }
    }

page->releaseUntil(stop);有一句这个代码，release直到stop，stop的标记就是之前的POOL_BOUNDARY位置

总结

整个ARC的过程实际就是进栈出栈过程，其中最底层由AutoreleasePoolPage来管理

7、autorelease释放时机

存在两种情况
1、有 @autoreleasepool {}
这种情况的调用时机就是上面的讲解过程，就是调用pop的时候就会释放，也就是大括号结束的地方
2、没有autoreleasepool大括号， MJPerson *person = [[[MJPerson alloc] init] autorelease];这种情况

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSLog(@"1");
    MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
    NSLog(@"3");
    NSLog(@"%s", __func__);
    
}

- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewWillAppear:animated];
    
    NSLog(@"%s", __func__);
}

- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewDidAppear:animated];
    
    NSLog(@"%s", __func__);
}

运行结果

2021-05-27 13:21:22.093420+0800 Interview18-autorelease时机[37726:5017612] 1
2021-05-27 13:21:22.093579+0800 Interview18-autorelease时机[37726:5017612] 3
2021-05-27 13:21:22.093675+0800 Interview18-autorelease时机[37726:5017612] -[ViewController viewDidLoad]
2021-05-27 13:21:22.093770+0800 Interview18-autorelease时机[37726:5017612] -[MJPerson dealloc]
2021-05-27 13:21:22.102455+0800 Interview18-autorelease时机[37726:5017612] -[ViewController viewWillAppear:]
2021-05-27 13:21:22.112922+0800 Interview18-autorelease时机[37726:5017612] -[ViewController viewDidAppear:]

根据答应结果可能会回答释放时机是在viewDidLoad之后，viewWillAppear之前，这种回答是很片面的

释放时机全面回答：

与runloop有关。会在所处的loop休眠之前进行release
iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer
第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()
第2个Observer监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush()
监听了kCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()

问题：方法里有局部对象，出了方法后会立即释放吗
1、如果局部对象是在autorelease里
在某次RunLoop循环中，RunLoop休眠之前调用了release
2、如果arc生成的调用release
代码[p release] 会立即释放

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