autorelease底层实现

先对@autoreleasepool { ... }进行clang -rewrite-objc main.m
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
    ...
}
 __AtAutoreleasePool的结构
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;
};

从上面可以得出autoreleasePool是这样工作的

atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
调用autorelease变量
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
在 NSObject.mm 文件中可以找到这两个函数的实现
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
push跟进
static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (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;
    }

如果进来没有AutoreleasePoolPage对象,就创建一个AutoreleasePoolPage对象,并插入POOL_BOUNDARY,有的话就直接插入POOL_BOUNDARY

先看下AutoreleasePoolPage的结构
class AutoreleasePoolPage
{
    magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
}
magic:这个变量的类型是 magic_t,是用来检查 AutoreleasePoolPage 的内存没有被修改的,放在第一个也就是这个原因,防止前面地址有内容溢过来。
next:类型是 id *,存放的是下一个被 autorelease 的对象指针存放的地址。
thread:对应的线程,这说明了自动释放池是对应线程的。
parent 和 child:用来保存前一个 AutoreleasePoolPage 和后一个 AutoreleasePoolPage,就是一个双向链表,毕竟一个 AutoreleasePoolPage 能存放的对象是有限的。
depth:很明显是这个链表有多深。
hiwat:一个在 DEBUG 时才有用的参数,表示最高有记录过多少对象(hi-water)。

static size_t const SIZE = 
        PAGE_MAX_SIZE;  // size and alignment, power of 2  
static void * operator new(size_t size) {
    return malloc_zone_memalign(malloc_default_zone(), SIZE, SIZE);
}
AutoreleasePoolPage 重载了 new 操作符,这样一个新的对象需要 SIZE 这么多的内存空间,SIZE 的大小 4096字节。AutoreleasePoolPage 的成员变量大小加在一起也只有 56 字节,但是 new 它一个居然要 4096 字节,这剩下的 4040 字节肯定就是存放被 autorelease 的对象的地方了。
AutoreleasePoolPage创建的流程
static __attribute__((noinline))
    id *autoreleaseNewPage(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page) return autoreleaseFullPage(obj, page);
        else return autoreleaseNoPage(obj);
    }
static inline AutoreleasePoolPage *hotPage() 
    {
        AutoreleasePoolPage *result = (AutoreleasePoolPage *)
            tls_get_direct(key);
        if ((id *)result == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) return nil;
        if (result) result->fastcheck();
        return result;
    }
static __attribute__((noinline))
    id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page)
    {
        // The hot page is full. 
        // Step to the next non-full page, adding a new page if necessary.
        // Then add the object to that page.
        assert(page == hotPage());
        assert(page->full()  ||  DebugPoolAllocation);

        do {
            if (page->child) page = page->child;
            else page = new AutoreleasePoolPage(page);
        } while (page->full());

        setHotPage(page);
        return page->add(obj);
    }
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page && !page->full()) {
            return page->add(obj);
        } else if (page) {
            return autoreleaseFullPage(obj, page);
        } else {
            return autoreleaseNoPage(obj);
        }
    }

autoreleaseFast跟上面操作一样,先获取一个AutoreleasePoolPage对象,然后插入POOL_BOUNDARY

autorelease实现
__attribute__((aligned(16)))
id
objc_autorelease(id obj)
{
    if (!obj) return obj;
    if (obj->isTaggedPointer()) return obj;
    return obj->autorelease();
}
inline id 
objc_object::autorelease()
{
    if (isTaggedPointer()) return (id)this;
    if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) return rootAutorelease();
    return ((id(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, SEL_autorelease);
}
inline id 
objc_object::rootAutorelease()
{
    if (isTaggedPointer()) return (id)this;
    if (prepareOptimizedReturn(ReturnAtPlus1)) return (id)this;
    return rootAutorelease2();
}
__attribute__((noinline,used))
id 
objc_object::rootAutorelease2()
{
    assert(!isTaggedPointer());
    return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}
static inline id autorelease(id obj)
    {
        assert(obj);
        assert(!obj->isTaggedPointer());
        id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
        assert(!dest  ||  dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER  ||  *dest == obj);
        return obj;
    }
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page && !page->full()) {
            return page->add(obj);
        } else if (page) {
            return autoreleaseFullPage(obj, page);
        } else {
            return autoreleaseNoPage(obj);
        }
    }

上面的代码做了一件事情,就是把autorelease的对象page->add(obj)

再来看看pop的实现
static inline void pop(void *token) 
    {
        AutoreleasePoolPage *page;
        id *stop;

        if (token == (void*)EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) {
            // Popping the top-level placeholder pool.
            if (hotPage()) {
                // Pool was used. Pop its contents normally.
                // Pool pages remain allocated for re-use as usual.
                pop(coldPage()->begin());
            } else {
                // Pool was never used. Clear the placeholder.
                setHotPage(nil);
            }
            return;
        }

        page = pageForPointer(token);
        stop = (id *)token;
        if (*stop != POOL_BOUNDARY) {
            if (stop == page->begin()  &&  !page->parent) {
                // Start of coldest page may correctly not be POOL_BOUNDARY:
                // 1. top-level pool is popped, leaving the cold page in place
                // 2. an object is autoreleased with no pool
            } else {
                // Error. For bincompat purposes this is not 
                // fatal in executables built with old SDKs.
                return badPop(token);
            }
        }

        if (PrintPoolHiwat) printHiwat();

        page->releaseUntil(stop);

        // memory: delete empty children
        if (DebugPoolAllocation  &&  page->empty()) {
            // special case: delete everything during page-per-pool debugging
            AutoreleasePoolPage *parent = page->parent;
            page->kill();
            setHotPage(parent);
        } else if (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();
            }
        }
    }
void releaseUntil(id *stop) 
    {
        // Not recursive: we don't want to blow out the stack 
        // if a thread accumulates a stupendous amount of garbage
        
        while (this->next != stop) {
            // Restart from hotPage() every time, in case -release 
            // autoreleased more objects
            AutoreleasePoolPage *page = hotPage();

            // fixme I think this `while` can be `if`, but I can't prove it
            while (page->empty()) {
                page = page->parent;
                setHotPage(page);
            }

            page->unprotect();
            id obj = *--page->next;
            memset((void*)page->next, SCRIBBLE, sizeof(*page->next));
            page->protect();

            if (obj != POOL_BOUNDARY) {
                objc_release(obj);
            }
        }

        setHotPage(this);

#if DEBUG
        // we expect any children to be completely empty
        for (AutoreleasePoolPage *page = child; page; page = page->child) {
            assert(page->empty());
        }
#endif
    }

上面主要是把autorelease的对象一个一个清空,直到找到POOL_BOUNDARY分割,如果没有找到,就会根据parent找到上一个AutoreleasePoolPage对象,继续清空,知道找到POOL_BOUNDARY,最后把这个空的AutoreleasePoolPage对象也清空掉

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