Swift底層進(jìn)階--006：內(nèi)存管理

強(qiáng)引用

Swift使用ARC管理內(nèi)存

  • OC創(chuàng)建實例對象，默認(rèn)引用計數(shù)為0
  • Swift創(chuàng)建實例對象，默認(rèn)引用計數(shù)為1 
class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
}

var t=LGTeacher()
var t1=t
var t2=t

上述代碼，通過LLDB指令來查看t的引?計數(shù)：

查看t的引?計數(shù)
輸出的refCounts為什么是0x0000000600000002？

通過源碼進(jìn)行分析，打開HeapObhect.h，看到一個宏

HeapObhect.h

進(jìn)入SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS宏定義，這里看到refCounts類型是InlineRefCounts

SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS

進(jìn)入InlineRefCounts定義，它是RefCounts類型的別名

InlineRefCounts

進(jìn)入RefCounts定義，它是一個模板類。后續(xù)邏輯取決于模板參數(shù)RefCountBits，也就是上圖中傳入的InlineRefCountBits的類型

RefCounts

進(jìn)入InlineRefCountBits定義，它是RefCountBitsT類型的別名

InlineRefCountBits

首先確認(rèn)RefCountIsInline是什么，進(jìn)入RefCountIsInline定義，本質(zhì)上是enum，只有true和false。這里傳入的RefCountIsInline就是true

RefCountIsInline

再進(jìn)入到RefCountBitsT的定義，里面的成員變量bits，類型為BitsType

RefCountBitsT

bits對RefCountBitsInt的Type屬性取別名，本質(zhì)上就是uint64_t類型

RefCountBitsInt

明白了bits是什么，下面就來分析HeapObject的初始化方法，重點(diǎn)看第二個參數(shù)refCounts

HeapObject初始化方法

進(jìn)入Initialized定義，它的本質(zhì)是一個enum，找到對應(yīng)的refCounts方法，需要分析一下傳入的RefCountBits(0, 1)到底在做什么

Initialized

進(jìn)入RefCountBits，還是模板定義，把代碼繼續(xù)往下拉...

RefCountBits

在下面找到真正的初始化方法RefCountBitsT，傳入strongExtraCount和unownerCount兩個uint32_t類型參數(shù)，將這兩個參數(shù)根據(jù)Offsets進(jìn)行位移操作

RefCountBitsT

通過源碼分析，最終我們得出這樣?個結(jié)論：

結(jié)論

  • isImmortal(0)
  • UnownedRefCount(1-31)：無主引用計數(shù)
  • isDeinitingMask(32)：是否進(jìn)行釋放操作
  • StrongExtraRefCount(33-62)：強(qiáng)引用計數(shù)
  • UseSlowRC(63)

對照上述結(jié)論，使用二進(jìn)制查看refCounts輸出的0x0000000600000002

二進(jìn)制查看refCounts

  • 1-31位是UnownedRefCount無主引用計數(shù)
  • 33-62位是StrongExtraRefCount強(qiáng)引用計數(shù)

通過SIL代碼，分析t的引用計數(shù)，當(dāng)t賦值給t1、t2時，觸發(fā)了copy_addr

SIL

查看SIL文檔，copy_addr內(nèi)部又觸發(fā)了strong_retain

copy_addr

回到源碼，來到strong_retain的定義，它其實就是swift_retain，其內(nèi)部是一個宏定義CALL_IMPL，調(diào)用的是_swift_retain_，然后在_swift_retain_內(nèi)部又調(diào)用了object->refCounts.increment(1)

strong_retain

進(jìn)入increment方法，里面的newbits是模板函數(shù)，其實就是64位整形。這里我們發(fā)現(xiàn)incrementStrongExtraRefCount方法點(diǎn)不進(jìn)去，因為編譯器不知道RefCountBits目前是什么類型

increment方法

我們需要回到HeapObject，從InlineRefCounts進(jìn)入，找到incrementStrongExtraRefCount方法

image.png
通過BitsType方法將inc類型轉(zhuǎn)換為uint64_t，通過Offsets偏移StrongExtraRefCountShift，等同于1<<33，十進(jìn)制的1左移33位，再轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制，得到結(jié)果0x200000000。故此上述代碼相當(dāng)于bits += 0x200000000，左移33位后，在33-62位上，強(qiáng)引用計數(shù)+1

上述源碼分析中，多次看到C++的模板定義，其目是為了更好的抽象，實現(xiàn)代碼重用機(jī)制的一種工具。它可以實現(xiàn)類型參數(shù)化，即把類型定義為參數(shù)， 從而實現(xiàn)真正的代碼可重用性。模版可以分為兩類，一個是函數(shù)模版，另外一個是類模版。

通過CFGetRetainCount查看引用計數(shù)

class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
}

var t=LGTeacher()
print(CFGetRetainCount(t))

var t1=t
print(CFGetRetainCount(t))

var t2=t
print(CFGetRetainCount(t))

//輸出以下內(nèi)容：
//2
//3
//4

上述代碼中，原本t的引用計數(shù)為3，使用CFGetRetainCount方法會導(dǎo)致t的引用計數(shù)+1

弱引用
class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
    var stu: LGStudent?
}

class LGStudent {
    var age = 20
    var teacher: LGTeacher?
}

func test(){
    var t=LGTeacher()
    weak var t1=t
    print(CFGetRetainCount(t))
}

test()

//輸出以下內(nèi)容：
//2

上述代碼，t創(chuàng)建實例對象引用計數(shù)默認(rèn)為1，使用CFGetRetainCount查看引用計數(shù)+1，打印結(jié)果為2。顯然將t賦值給使用weak修飾的t1，并沒有增加t的強(qiáng)引用計數(shù)

通過LLDB指令來查看t的引?計數(shù)：

查看`t`的引?計數(shù)
將t賦值給weak修飾的t1，查看refCounts打印出奇怪的地址

通過LLDB指令來查看t1：

查看t1
使用weak修飾的t1變成了Optional可選類型，因為當(dāng)t被銷毀時，t1會被置為nil，所以weak修飾的變量必須為可選類型

通過斷點(diǎn)查看匯編代碼，發(fā)現(xiàn)定義weak變量，會調(diào)用swift_weakInit函數(shù)

查看匯編代碼

通過源碼進(jìn)行分析，找到swift_weakInit函數(shù)，這個函數(shù)由WeakReference調(diào)用，相當(dāng)于weak字段在編譯器聲明過程中自定義了一個WeakReference對象，目的在于管理弱引用。在swift_weakInit函數(shù)內(nèi)部調(diào)用了ref->nativeInit(value), 其中value就是HeapObject

swift_weakInit

進(jìn)入nativeInit方法，判斷object不為空，調(diào)用formWeakReference

nativeInit

進(jìn)入formWeakReference方法，首先通過allocateSideTable方法創(chuàng)建SideTable，如果創(chuàng)建成功，調(diào)用incrementWeak

formWeakReference

進(jìn)入allocateSideTable方法，先通過refCounts拿到原有的引用計數(shù)，再通過getHeapObject創(chuàng)建SideTable，將地址傳入InlineRefCountBits方法

allocateSideTable

進(jìn)入InlineRefCountBits方法，將參數(shù)SideTable的地址，直接進(jìn)行偏移，然后存儲到內(nèi)存中，相當(dāng)于將SideTable直接存儲到uint64_t的變量中

InlineRefCountBits

之前查看t的refCounts，打印出0xc0000000200d1d6e這串奇怪的地址，去掉62位和63位保留字段，剩余的就是偏移后的HeapObjectSideTableEntry實例對象的內(nèi)存地址，即散列表的地址

二進(jìn)制查看refCounts

回到源碼分析，進(jìn)入HeapObjectSideTableEntry定義，里面有object對象和refCounts，refCounts是一個SideTableRefCounts類型

HeapObjectSideTableEntry

進(jìn)入SideTableRefCounts定義，它是RefCounts類型的別名，和之前分析的InlineRefCountBits類似，后續(xù)邏輯取決于模板參數(shù)的傳入，這里傳入的是SideTableRefCountBits類型

SideTableRefCounts

進(jìn)入SideTableRefCountBits定義，它繼承于RefCountBitsT

SideTableRefCountBits
RefCountBitsT存儲的是uint64_t類型的64位的信息，用于記錄原有引用計數(shù)。除此之外SideTableRefCountBits自身還有一個uint32_t的weakBits，用于記錄弱引用計數(shù)

還原散列表地址，查看弱引用refCounts

  • 將0xc0000000200d1d6e地址62位和63位的保留字段清零，得到地址0x200D1D6E
  • 將0x200D1D6E左移3位，還原成HeapObjectSideTableEntry對象地址0x10068EB70，也就是散列表地址
  • 通過x/8g讀取地址0x10068EB70
    查看弱引用refCounts
循環(huán)引用
案例1：

閉包捕獲外部變量

var age = 10

let clourse = {
    age += 1
}

clourse()
print(age)

//輸出以下內(nèi)容：
//11

從輸出結(jié)果來看， 閉包內(nèi)部對變量的修改將會改變外部原始變量的值，因為閉包會捕獲外部變量，這個與OC中的block一致

案例2：

deinit反初始化器

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){
    var t = LGTeacher()
}

test()

//輸出以下內(nèi)容：
//LGTeacher deinit

當(dāng)test函數(shù)里的局部變量t被銷毀時，會執(zhí)行反初始化器deinit方法，這個與OC中的dealloc一致

案例3：

閉包修改實例變量的值，閉包能否對t造成強(qiáng)引用？

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){

    var t = LGTeacher()

    let closure = {
        t.age += 1
    }

    closure()
    print("age：\(t.age)")
}

test()

//輸出以下內(nèi)容：
//age：19
//LGTeacher deinit

從輸出結(jié)果來看， 閉包對t并沒有造成強(qiáng)引用

案例4

將案例3進(jìn)行修改，在LGTeacher類里定義閉包類型屬性completionBlock，在test函數(shù)內(nèi)，調(diào)用t.completionBlock閉包，內(nèi)部修改t.age屬性，這樣能否對t造成強(qiáng)引用？

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    var completionBlock: (() ->())?
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = {
        t.age += 1
    }

    print("age：\(t.age)")
}

test()

//輸出以下內(nèi)容：
//age：18

從輸出結(jié)果來看，這里產(chǎn)生了循環(huán)引用，沒有執(zhí)行deinit方法，也沒有打印LGTeacher deinit。因為實例變量t的釋放，需要等待completionBlock閉包的作用域釋放，但閉包又被實例對象強(qiáng)引用，造成循環(huán)引用，t對象無法被釋放

案例5

案例4中循環(huán)引用的兩種解決方法

1、使用weak修飾閉包傳入的參數(shù)，參數(shù)的類型是Optional可選類型

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = { [weak t] in
        t?.age += 1
    }

    print("age：\(t.age)")
}

//輸出以下內(nèi)容：
//age：18
//LGTeacher deinit

2、使用unowned修飾閉包參數(shù)，與weak的區(qū)別在于unowned不允許被設(shè)置為nil，在運(yùn)行期間假定它是有值的，所以使用unowned修飾要注意野指針的情況

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = { [unowned t] in
        t.age += 1
    }

    print("age：\(t.age)")
}

//輸出以下內(nèi)容：
//age：18
//LGTeacher deinit
捕獲列表

[unowned t]、[weak t]在Swift中叫做捕獲列表

  • 捕獲列表的定義在參數(shù)列表之前
  • 書寫形式：??括號括起來的表達(dá)式列表
  • 如果使?捕獲列表，即使省略參數(shù)名稱、參數(shù)類型和返回類型，也必須使?in關(guān)鍵字
  • [weak t]就是獲取t的弱引用對象，相當(dāng)于OC中的weakself 
var age = 0
var height = 0.0

let closure = { [age] in
    print(age)
    print(height)
}

age = 10
height = 1.85

closure()

//輸出以下內(nèi)容：
//0
//1.85

上述代碼中，捕獲列表的age是常量，并且進(jìn)行了值拷貝。對于捕獲列表中的每個常量，閉包會利?周圍范圍內(nèi)具有相同名稱的常量或變量，來初始化捕獲列表中定義的常量。

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