MRC

手動(dòng)內(nèi)存管理，每一次的retain，new，alloc都對(duì)應(yīng)一次release，autorelease；

ARC

自動(dòng)引用計(jì)數(shù)，由編譯器在編譯期間用更底層的C接口實(shí)現(xiàn)retain/release/autorelease，不需要手動(dòng)釋放。（底層的原理和接口api待會(huì)講解）

ARC的規(guī)則

當(dāng)對(duì)象創(chuàng)建時(shí)，引用計(jì)數(shù)為1；當(dāng)一個(gè)強(qiáng)指針（strong或者retain）指向該對(duì)象時(shí)，引用計(jì)數(shù)+1；當(dāng)強(qiáng)指針不在指向該對(duì)象時(shí)，引用計(jì)數(shù)-1；當(dāng)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，說明這個(gè)對(duì)象不被任何指針指向，可以銷毀，回收內(nèi)存。

ARC的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

ARC背后的引用計(jì)數(shù)主要依賴于三個(gè)方法：

• retain：增加引用計(jì)數(shù)
• release：降低引用計(jì)數(shù)，引用計(jì)數(shù)為0的時(shí)候，釋放對(duì)象
• autorelease：在當(dāng)前的autorelease pool結(jié)束后，降低引用計(jì)數(shù)

下面我們來看看runtime的源碼。

- (id)retain {
    return ((id)self)->rootRetain();
}
inline id objc_object::rootRetain()
{
    if (isTaggedPointer()) return (id)this;
    return sidetable_retain();
}
id objc_object::sidetable_retain()
{
    //獲取table
    SideTable& table = SideTables()[this];
    //加鎖
    table.lock();
    //獲取引用計(jì)數(shù)
    size_t& refcntStorage = table.refcnts[this];
    if (! (refcntStorage & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) {
         //增加引用計(jì)數(shù)
        refcntStorage += SIDE_TABLE_RC_ONE;
    }
    //解鎖
    table.unlock();
    return (id)this;
}

我們可以看到底層的C語(yǔ)言，retain方法實(shí)際是調(diào)用sidetable_retain();方法，在該方法中，有一個(gè)SideTable的結(jié)構(gòu)體來存儲(chǔ)引用計(jì)數(shù)，下面來看一下這個(gè)結(jié)構(gòu)體的組成。

typedef objc::DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>,size_t,true> RefcountMap;
struct SideTable {
       spinlock_t slock;
       RefcountMap refcnts;
       weak_table_t weak_table;
       //省略
}

可以看到，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是存儲(chǔ)了一個(gè)自旋鎖，一個(gè)引用計(jì)數(shù)map。這個(gè)引用計(jì)數(shù)的map以對(duì)象的地址為key，引用計(jì)數(shù)作為value。到這里，retain的底層實(shí)現(xiàn)就很清楚了。
再來看看release的實(shí)現(xiàn)：

SideTable& table = SideTables()[this];
    bool do_dealloc = false;
    table.lock();
    //找到對(duì)應(yīng)地址的
    RefcountMap::iterator it = table.refcnts.find(this);
    if (it == table.refcnts.end()) { //找不到的話，執(zhí)行dellloc
        do_dealloc = true;
        table.refcnts[this] = SIDE_TABLE_DEALLOCATING;
    } else if (it->second < SIDE_TABLE_DEALLOCATING) {//引用計(jì)數(shù)小于閾值，dealloc
        do_dealloc = true;
        it->second |= SIDE_TABLE_DEALLOCATING;
    } else if (! (it->second & SIDE_TABLE_RC_PINNED)) {
    //引用計(jì)數(shù)減去1
        it->second -= SIDE_TABLE_RC_ONE;
    }
    table.unlock();
    if (do_dealloc  &&  performDealloc) {
        //執(zhí)行dealloc
        ((void(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, SEL_dealloc);
    }
    return do_dealloc;

很簡(jiǎn)單的邏輯：查找map，對(duì)引用計(jì)數(shù)減1，如果引用計(jì)數(shù)小于閾值或者找不到引用計(jì)數(shù)，則調(diào)用dealloc。

我們知道非autorelease對(duì)象在超出作用域的時(shí)候就會(huì)被release掉，而autorelease對(duì)象在什么情況下會(huì)被釋放呢？

• 手動(dòng)干預(yù)釋放：指定autorelease pool，在autorelease pool執(zhí)行完畢時(shí)，對(duì)對(duì)象進(jìn)行釋放；
• 自動(dòng)釋放：當(dāng)runloop迭代退出的時(shí)候，自動(dòng)對(duì)對(duì)象進(jìn)行釋放。
  所以autorelease會(huì)延遲對(duì)象的release。

下面介紹一下autorelease pool。

Autorelease Pool

事實(shí)上在iOS 程序啟動(dòng)之后，主線程會(huì)啟動(dòng)一個(gè)Runloop，這個(gè)Runloop在每一次循環(huán)是被自動(dòng)釋放池包裹的，在合適的時(shí)候?qū)Τ刈舆M(jìn)行清空。

也就是說AutoreleasePool創(chuàng)建是在一個(gè)RunLoop事件開始之前(push)，AutoreleasePool釋放是在一個(gè)RunLoop事件即將結(jié)束之前(pop)。AutoreleasePool里的Autorelease對(duì)象的加入是在RunLoop事件中，AutoreleasePool里的Autorelease對(duì)象的釋放是在AutoreleasePool釋放時(shí)。

autorelease pool的底層實(shí)現(xiàn)：
Autorelease Pool主要是三個(gè)方法實(shí)現(xiàn)：
objc_autoreleasePush();->objc_autorelease();->objc_autoreleasePop();
研究源碼可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)線程的autorelease pool是一個(gè)指針棧，棧中存放的指針指向需要release的對(duì)象或者POOL_SENTINEL(哨兵對(duì)象，用于分隔autorelease pool，現(xiàn)在叫POOL_BOUNDARY)。
棧中指向POOL_SENTINEL（即POOL_BOUNDARY）的指針就是autorelease pool的一個(gè)標(biāo)記。當(dāng)autorelease pool進(jìn)行出棧操作，每一個(gè)比這個(gè)哨兵對(duì)象晚進(jìn)棧的對(duì)象，都會(huì)release。

下面我們來看一下源碼：
在終端中使用clang -rewrite-objc 命令將OC的main函數(shù)重寫成C++的實(shí)現(xiàn)：

int main(int argc, const char * argv[]) {

    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kb_06b822gn59df4d1zt99361xw0000gn_T_main_d39a79_mi_0);
    }

    return 0;
}

可以看到一個(gè)__AtAutoreleasePool類型的局部變量__autoreleasepool，__AtAutoreleasePool的定義如下：

extern "C" __declspec(dllimport) void * objc_autoreleasePoolPush(void);
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_autoreleasePoolPop(void *);

struct __AtAutoreleasePool {
  __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
  void * atautoreleasepoolobj;
};

這里一個(gè)是構(gòu)造函數(shù)一個(gè)是析構(gòu)函數(shù)（局部變量的構(gòu)造函數(shù)是在程序執(zhí)行到聲明對(duì)象的位置時(shí)調(diào)用，而析構(gòu)函數(shù)是在程序執(zhí)行到離開這個(gè)對(duì)象的作用域時(shí)調(diào)用）。

因此，自動(dòng)釋放池的執(zhí)行過程就是objc_autoreleasePoolPush() —> [object autorelease] —> objc_autoreleasePoolPop(void )。

來看一下push和pop兩個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)：

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

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

下面介紹一下AutoreleasePoolPage的實(shí)現(xiàn)。

AutoreleasePoolPage實(shí)現(xiàn)

AutoreleasePoolPage介紹

是c++中的一個(gè)類，它在NSObject.mm中的定義如下：

class AutoreleasePoolPage {
#   define EMPTY_POOL_PLACEHOLDER ((id*)1)

#   define POOL_BOUNDARY nil
    static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;
    static uint8_t const SCRIBBLE = 0xA3;  // 0xA3A3A3A3 after releasing
    static size_t const SIZE = 
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
        PAGE_MAX_SIZE;  // must be multiple of vm page size
#else
        PAGE_MAX_SIZE;  // size and alignment, power of 2
#endif
    static size_t const COUNT = SIZE / sizeof(id);

    magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
};

介紹一下參數(shù)：

• magic 檢查校驗(yàn)完整性的變量
• next 指向新加入的autorelease對(duì)象
• thread page 當(dāng)前所在的線程，AutoreleasePool是按線程一一對(duì)應(yīng)的（結(jié)構(gòu)中的thread指針指向當(dāng)前線程）
• parent 父節(jié)點(diǎn) 指向前一個(gè)page
• child 子節(jié)點(diǎn) 指向下一個(gè)page
• depth 鏈表的深度，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)
• hiwat 數(shù)據(jù)容納的上限（high water mark）
• EMPTY_POOL_PLACEHOLDER 空池占位
• POOL_BOUNDARY 是一個(gè)邊界對(duì)象nil，之前變量名是POOL_SENTINEL哨兵對(duì)象，用來區(qū)分每個(gè)page即每個(gè)autoreleasepoolpage邊界
• PAGE_MAX_SIZE = 4096
• COUNT 一個(gè)page里對(duì)象數(shù)

雙向鏈表

自動(dòng)釋放池并沒有單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，而是由若干個(gè)AutoreleasePoolPage以雙向鏈表的形式組合而成的棧結(jié)構(gòu)（對(duì)應(yīng)parent指針和child指針）
parent指向前一個(gè)page，child指向下一個(gè)page。
當(dāng)一個(gè)page的空間被占滿時(shí)，會(huì)新建一個(gè)page對(duì)象，連接鏈表，后來的autorelease對(duì)象在新的page中加入。

objc_autoreleasePoolPush

autoreleasePoolPush.jpg

調(diào)用objc_autoreleasePoolPush方法時(shí)會(huì)把邊界對(duì)象放進(jìn)棧頂，然后返回邊界對(duì)象，用于objc_autoreleasePoolPop。

atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
///atautoreleasepoolobj就是返回的邊界對(duì)象（POOL_BOUNDARY）

push實(shí)現(xiàn)如下：

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

static inline void *push() {
   return autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
}

在這里會(huì)進(jìn)入一個(gè)比較關(guān)鍵的方法autoreleaseFast，并傳入邊界對(duì)象；

/*
有 hotPage 并且當(dāng)前 page 不滿，調(diào)用 page->add(obj) 方法將對(duì)象添加至 AutoreleasePoolPage 的棧中
有 hotPage 并且當(dāng)前 page 已滿，調(diào)用 autoreleaseFullPage 初始化一個(gè)新的頁(yè)，調(diào)用 page->add(obj) 方法將對(duì)象添加至 AutoreleasePoolPage 的棧中
無 hotPage，調(diào)用 autoreleaseNoPage 創(chuàng)建一個(gè) hotPage，調(diào)用 page->add(obj) 方法將對(duì)象添加至 AutoreleasePoolPage 的棧中
*/
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);
   }
}

最后都會(huì)調(diào)用page->add(obj)將對(duì)象添加到自動(dòng)釋放池中。hotPage可以理解為當(dāng)前正在使用的AutoreleasePoolPage。

AutoreleasePoolPage::autorelease(id obj)

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() {
    return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}

static inline id autorelease(id obj) {
   id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
   return obj;
}

autorelease方法和push方法一樣，關(guān)鍵代碼都是調(diào)用autoreleaseFast函數(shù)向自動(dòng)釋放池的鏈表?xiàng)Ｖ刑砑右粋€(gè)對(duì)象，不過push函數(shù)入棧的是一個(gè)邊界對(duì)象，而autorelease函數(shù)入棧的是需要加入釋放池的對(duì)象。

objc_autoreleasePoolPop

autoreleasePoolPop.jpg

自動(dòng)釋放池釋放是傳入push返回的邊界對(duì)象，然后將邊界對(duì)象指向的這一頁(yè)AutoreleasePoolPage內(nèi)的對(duì)象釋放。

objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

AutoreleasePoolPage::pop()實(shí)現(xiàn)：

static inline void pop(void *token)   // token指針指向棧頂?shù)牡刂?{
    AutoreleasePoolPage *page;
    id *stop;

    page = pageForPointer(token);   // 通過棧頂?shù)牡刂氛业綄?duì)應(yīng)的page
    stop = (id *)token;
    if (DebugPoolAllocation  &&  *stop != POOL_SENTINEL) {
        // This check is not valid with DebugPoolAllocation off
        // after an autorelease with a pool page but no pool in place.
        _objc_fatal("invalid or prematurely-freed autorelease pool %p; ", 
                    token);
    }

    if (PrintPoolHiwat) printHiwat();   // 記錄最高水位標(biāo)記

    page->releaseUntil(stop);   // 從棧頂開始操作出棧，并向棧中的對(duì)象發(fā)送release消息，直到遇到第一個(gè)哨兵對(duì)象

    // memory: delete empty children
    // 刪除空掉的節(jié)點(diǎn)
    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();
        }
    }
}

該過程主要分為兩步：

• page->releaseUntil(stop)，對(duì)棧頂（page->next）到stop地址（POOL_SENTINEL）之間的所有對(duì)象調(diào)用objc_release()，進(jìn)行引用計(jì)數(shù)減1
• 清空page對(duì)象page->kill()

小結(jié)

• 自動(dòng)釋放池是多個(gè)AutoreleasePoolPage以雙向鏈表的形式組成的
• push時(shí)會(huì)將邊界對(duì)象加入AutoreleasePoolPage的棧中，作為一個(gè)標(biāo)識(shí)，且返回該邊界對(duì)象；
• 當(dāng)對(duì)象調(diào)用autorelease方法時(shí)，會(huì)將對(duì)象加入AutoreleasePoolPage的棧中；
• pop時(shí)傳入邊界對(duì)象，然后對(duì)page中的對(duì)象發(fā)送release消息；

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