前言

比較晚入坑iOS的同學(xué)大多沒怎么使用過MRC（Manual Reference Counting），直接享受了ARC的便利，ARC（Automatic Reference Counting）從Xcode4引入，由于ARC下禁止直接調(diào)用retain、release、autorelease等函數(shù)，甚至不需要了解autorelease這些函數(shù)就能很好的進(jìn)行iOS開發(fā)。然而，為了知其所以然，還是有必要了解一下底層的原理。

一、 概述

首先明確一點(diǎn)，ARC和Autorelease沒有直接的聯(lián)系，在MRC時(shí)代就存在Autorelease：
ARC：代替手動添加內(nèi)存管理函數(shù)進(jìn)行人工內(nèi)存管理（retain、release、autorelease），編譯階段自動的在需要持有對象時(shí)插入retain函數(shù)、需要釋放時(shí)插入release函數(shù)（就是這么智能）；
Autorelease：向一個(gè)對象發(fā)送延遲釋放信息，使得這個(gè)對象可以在作用域意外范圍被使用；典型的例子就是將一個(gè)對象作為返回值給調(diào)用者，如果不延遲釋放，這個(gè)返回值在出了所在函數(shù)范圍就被立即釋放，調(diào)用者拿到的永遠(yuǎn)是nil，因?yàn)閕OS的內(nèi)存遵循誰申請誰釋放的原則，當(dāng)向一個(gè)對象發(fā)送了autorelease消息，實(shí)際上就是將該對象放入autoreleasePool池子動，等到延遲到適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)（通常是在NSRunloop即將進(jìn)入休眠或者退出時(shí)）進(jìn)行釋放（對池子中的每個(gè)對象發(fā)送release消息）。

二、 底層實(shí)現(xiàn)

大家都知道獲取一個(gè)NSMutableArray實(shí)例對象有好多種方式：如[NSMutableArray new]或者[NSMutableArray array]。
a. iOS很特別的一點(diǎn)就是用函數(shù)名字了表明內(nèi)存管理的方式(包含alloc、retain、new、copy、mutablecopy等關(guān)鍵字的函數(shù)需要申請者負(fù)責(zé)釋放該實(shí)例對象)，而后者不包含上述關(guān)鍵字的函數(shù)不需要調(diào)用者負(fù)責(zé)該對象的釋放，所以其實(shí)上面方法后者不要調(diào)用者釋放該實(shí)例，因?yàn)? (NSMutableArray *)array函數(shù)內(nèi)部調(diào)用了autorelase函數(shù)，如下為其底層實(shí)現(xiàn)：

// + (NSMutableArray *)array 底層函數(shù)實(shí)現(xiàn)
+ （NSMutableArray *）array {
         NSMutableArray *arr = [[NSMutableArray alloc] init];
         return [arr autorelease];
}

在出array函數(shù)范圍之前先不釋放arr對象，將其放入autoreleasePool，待到下一次清空自動釋放池時(shí)對其發(fā)送一次release，剩下的就看調(diào)用者是否持有了該對象， 如果函數(shù)調(diào)用者持有了該arr對象，則arr對象繼續(xù)存在，否則如果arr對象出了(NSMutableArray *)array沒有在被持有，則在autoreleasePool清空的時(shí)候（之后arr引用計(jì)數(shù)為0）arr被釋放內(nèi)存。所以一個(gè)autorelease對象，當(dāng)被__weak修飾的變量持有時(shí)，它的生命周期就是所在autoreleasePool結(jié)束前的那段時(shí)間；
b. 接下來看一下- (id)autorelease函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn):

id *objc_autorelease(id obj)
{
 return AutoreleasePoolPage::autorelease(obj);
}

AutoreleasePoolPage即自動釋放池的底層實(shí)現(xiàn)，可以看我的博客AutoreleasePool，其實(shí)就是將需要延遲釋放的對象放入了一個(gè)鏈表，程序中可能存在很多個(gè)自動釋放池（每次會使用棧頂?shù)淖詣俞尫懦胤湃耄?br> c. 那么，實(shí)際結(jié)果真是這樣的嗎？？？（使用函數(shù)打印、TLS）
我們可以使用clang命令對文件進(jìn)行編譯，查看ARC之后的代碼是怎么樣的；另外通常情況需要制定引用的Framework(控制臺程序通常不需要)：

xcrun -sdk iphonesimulator10.2 clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll -F /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk/System/Library/Frameworks/UIKit.framework

使用上述命令可以生成編譯器ARC之后的代碼，

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool{
        NSObject *obj = [NSObject new];
    }
    return 0;
}

下面是生成的底層代碼：

define i32 @main(i32, i8**) #0 {
  %3 = alloca i32, align 4 //在棧上分配變量名內(nèi)存
  %4 = alloca i32, align 4
  %5 = alloca i8**, align 8
  %6 = alloca %0*, align 8 //實(shí)際上這里就是NSObject *obj變量定義處
  store i32 0, i32* %3, align 4
  store i32 %0, i32* %4, align 4
  store i8** %1, i8*** %5, align 8
  %7 = call i8* @objc_autoreleasePoolPush() #2 //創(chuàng)建一個(gè)自動釋放池
  %8 = load %struct._class_t*, %struct._class_t** @"OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_$_", align 8 //加載類對象地址(這里是NSObject元類) 
  %9 = load i8*, i8** @OBJC_SELECTOR_REFERENCES_, align 8, !invariant.load !8 //加載SEL地址，這里是new函數(shù)
  %10 = bitcast %struct._class_t* %8 to i8* //類型轉(zhuǎn)換
  %11 = call i8* bitcast (i8* (i8*, i8*, ...)* @objc_msgSend to i8* (i8*, i8*)*)(i8* %10, i8* %9) //[NSObject new]
  %12 = bitcast i8* %11 to %0*
  store %0* %12, %0** %6, align 8 //賦值給NSObject *obj，定義在開始處
  %13 = bitcast %0** %6 to i8**
  call void @objc_storeStrong(i8** %13, i8* null) #2 //釋放
  call void @objc_autoreleasePoolPop(i8* %7) //銷毀自動釋放池
  ret i32 0
}

第一步，在棧上先分配變量名所需要的內(nèi)存（alloca x, x）；
第二步，將一個(gè)自動釋放池壓入棧頂（@ objc_autoreleasePoolPush()）；
第三步，中間一些代碼就是獲取獲取NSObject元類對象以及加載new 函數(shù)的SEL地址，然后調(diào)用objc_msgSend()進(jìn)行實(shí)例化；
第四步，使用完之后調(diào)用objc_storeStrong(src, value)，這個(gè)函數(shù)可以用來保存一個(gè)新對象，當(dāng)然如果傳入的value = null，也可以用來釋放原來的對象，下面是objc_storeStrong(,)內(nèi)部實(shí)現(xiàn):

void objc_storeStrong(id *location, id obj)
{
    id prev = *location; //暫存現(xiàn)在對象
    if (obj == prev) {
        return;
    }
    objc_retain(obj); //持有新對象
    *location = obj;  //指向新對象
    objc_release(prev); //釋放舊對象
}

當(dāng)然，本文這里傳入的是null，所以就是使用完就立即釋放掉了；
而當(dāng)源碼中實(shí)例化對象方法改成這樣時(shí)：

   NSMutableArray *obj = [NSMutableArray array];

改變實(shí)例化方式，array內(nèi)部會調(diào)用autorelease：

  %7 = call i8* @objc_autoreleasePoolPush() #2
  %11 = call i8* bitcast (i8* (i8*, i8*, ...)* @objc_msgSend
  %12 = call i8* @objc_retainAutoreleasedReturnValue(i8* %11) #2
...
  call void @objc_storeStrong(i8** %14, i8* null) #2
  call void @objc_autoreleasePoolPop(i8* %7)

可以看出，雖然這里看不出array里調(diào)用了autorelease（下面會驗(yàn)證）,但是對array返回的對象調(diào)用了objc_retainAutoreleasedReturnValue，這個(gè)其實(shí)是clang編譯器對其進(jìn)行了優(yōu)化（只針對64位系統(tǒng)），會去一個(gè)叫TLS（Thread Local Storage）的地方（實(shí)際上是一個(gè)放在線程上的字典局部變量）查看該返回對象是否做了標(biāo)記，這樣可以節(jié)約retain和release的開銷；

三、放入AutoreleasePool時(shí)機(jī)

其實(shí)上面已經(jīng)說明了，通常系統(tǒng)提供的實(shí)例化方法如new/alloc/copy/mutablecopy等方法返回的實(shí)例對象是不會放進(jìn)自動釋放池，而像[NSMutableArray array]等簡便函數(shù)構(gòu)造器會內(nèi)部調(diào)用autotorelase。
我們可以使用下面的函數(shù)和命令驗(yàn)證：

void _objc_autoreleasePoolPrint();

《Objective-C 高級編程》中有介紹該函數(shù)，這是一個(gè)非公開的私有函數(shù)，可以打印出自動釋放池里的內(nèi)容，具體的用法現(xiàn)在文件開頭聲明該外部函數(shù)

extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

下面看一下[NSMutableArray new]和[NSMutableArray array]下自動釋放池的情況：
[NSMutableArray new]下自動釋放池情況：

objc[55819]: [0x102003000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[55819]: [0x102003038]  ################  POOL 0x102003038
objc[55819]: ##############

[NSMutableArray array]下：

objc[56005]: [0x101004000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[56005]: [0x101004038]  ################  POOL 0x101004038
objc[56005]: [0x101004040]       0x100621490  __NSArrayM
objc[56005]: ##############

可以看出，在+(NSMutableArray *)array下一個(gè)__NSArrayM被加入自動釋放池，所以前面的理論是正確的。

四、應(yīng)用場景

通常情況下我們不需要Autorelease也沒什么關(guān)系，但是有時(shí)候理解了底層原理，我們就可以理解了一些大家常用的技巧：

for (int i=0; i<1000000; i++)
{
  @autoreleasepool{
        //實(shí)例化臨時(shí)對象
    }
}

這常常用來解決內(nèi)存峰值問題，但是其實(shí)如果里邊不包含array這種類型的函數(shù)，即使實(shí)例化大量對象也是不會導(dǎo)致內(nèi)存峰值出現(xiàn)的，如：

 for (int i=0; i<100000000; i++){
        NSMutableArray *obj = [NSMutableArray new];
        NSNumber *num = [[NSNumber alloc] initWithInt:i];
        [obj addObject:num];
        NSLog(@"%@", obj);
    }

五、小結(jié)

1. Autorelease用來延遲釋放對象，該對象釋放的時(shí)機(jī)在所在自動釋放池情況時(shí)；
2. 使用new/alloc/copy/mutablecopy等函數(shù)實(shí)例化的對象不會放入自動釋放池，相反，用其他簡便構(gòu)造器獲（如+(NSMutableArray *)array）得到的實(shí)例則會放入自動釋放池；
3. 上面講的是通常情況便于理解，其實(shí)編譯器內(nèi)部還對Autorelease進(jìn)行了優(yōu)化，用于降低內(nèi)存管理的開銷。