內(nèi)存

內(nèi)存分為：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆區(qū)、棧區(qū)、內(nèi)核區(qū)

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• 代碼段：編譯之后的代碼
• 數(shù)據(jù)段
  字符串常量：如NSString *str = @"123";
  已初始化數(shù)據(jù)：已初始化的全局變量、靜態(tài)變量等
  未初始化數(shù)據(jù)：未初始化的全局變量、靜態(tài)變量等
• 棧：函數(shù)調(diào)用開銷，比如局部變量。分配的內(nèi)存空間地址越來越小
• 堆：通過alloc、malloc、calloc等動(dòng)態(tài)分配的空間，分配的內(nèi)存空間地址越來越大

內(nèi)存泄漏

指程序中間動(dòng)態(tài)分配了內(nèi)存，但在程序結(jié)束時(shí) 或使用完這塊內(nèi)存后，沒有釋放這部分內(nèi)存，從而造成那一部分內(nèi)存不可用的情況。
一般的，內(nèi)存泄漏是指 堆（heap）內(nèi)存的泄漏。
真正有危害的是內(nèi)存泄漏的積累，這會(huì)最終耗盡系統(tǒng)所有的內(nèi)存。

iOS內(nèi)存管理

內(nèi)存管理的目的：避免“過早釋放”和“內(nèi)存泄漏”。

基本思想就是 引用計(jì)數(shù)。通過它來控制內(nèi)存對象的生命周期。

1、引用計(jì)數(shù)（Reference Count）

一個(gè)簡單有效地管理對象生命周期的方式。在OC內(nèi)存管理中，每個(gè)對象都有自己的計(jì)數(shù)器，表示對象被引用的次數(shù)。

2、引用計(jì)數(shù)的工作原理

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新對象時(shí)，它的引用計(jì)數(shù)為 1；
當(dāng)有一個(gè)新的指針指向這個(gè)對象時(shí)，我們將其引用計(jì)數(shù)加 1；
當(dāng)某個(gè)指針不再指向這個(gè)對象是，我們將其引用計(jì)數(shù)減 1；
當(dāng)對象的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?0 時(shí)，說明這個(gè)對象不再被任何指針指向了，這時(shí)就可以將對象銷毀，回收內(nèi)存。

當(dāng)創(chuàng)建(alloc)一個(gè)新對象A時(shí)，它的引用計(jì)數(shù)從0變?yōu)?1；
當(dāng)有一個(gè)指針指向這個(gè)對象A，也就是某對象想通過引用保留(retain)該對象A時(shí)，引用計(jì)數(shù)+1；
當(dāng)某個(gè)指針/對象不再指向這個(gè)對象A，也就是釋放(release)該引用后，我們將其引用計(jì)數(shù)-1；

• 引用計(jì)數(shù)的存儲(chǔ)
  在64bit中，引用計(jì)數(shù)可以直接存儲(chǔ)在優(yōu)化過的isa指針中，也可能存儲(chǔ)在SideTable類中

內(nèi)存管理原則
創(chuàng)建的對象，當(dāng)不再需要時(shí)，釋放掉。
需要使用的對象，保留。
如果沒必要釋放，不要釋放沒有擁有的對象。

3、ARC與MRC

iOS內(nèi)存管理主要有兩種機(jī)制：MRC、ARC。

• MRC（手工引用計(jì)數(shù)）
  對象的生成、銷毀、引用計(jì)數(shù)的變化都是由開發(fā)人員來完成

• ARC（自動(dòng)引用計(jì)數(shù)）
  2011年在MacOS X 10.7與iOS 5中引入的新技術(shù)，用于代替之前的MRC。ARC下幾乎把所有內(nèi)存管理事宜，都交給編譯器。(ARC下會(huì)自動(dòng)生成retain、release、autorelease)

ARC 的原理是依賴編譯器的靜態(tài)分析能力，通過在編譯時(shí)找出合理的插入引用計(jì)數(shù)管理代碼，從而徹底解放程序員。
ARC機(jī)制由 LLVM編譯器 + Runtime系統(tǒng)，相互協(xié)作

ARC的作用：
降低內(nèi)存泄露等風(fēng)險(xiǎn) ； 開發(fā)者只負(fù)責(zé)對象的生成，不需要關(guān)心其銷毀。專注于業(yè)務(wù)邏輯。

4、ARC的局限

ARC 能夠解決 iOS 開發(fā)中 90% 的內(nèi)存管理問題，但另外 10% 內(nèi)存管理，是需要開發(fā)者自己處理的。就是：

• 過度使用block之后，解決循環(huán)引用問題。
• 與底層 Core Foundation對象交互的那部分。底層的Core Foundation 對象由于不在 ARC 的管理下，所以需要自己維護(hù)其引用計(jì)數(shù)。

循環(huán)引用問題

• 例：
  對象 A 和對象 B，相互引用了對方作為自己的成員變量，只有當(dāng)自己銷毀時(shí)，才會(huì)將成員變量的引用計(jì)數(shù)減 1。
  因?yàn)?A 的銷毀依賴于 B 銷毀，而 B 的銷毀又依賴于 A 的銷毀，這樣就造成了“循環(huán)引用”。這兩個(gè)對象即使在外界已經(jīng)沒有任何指針能夠訪問到它們了，它們也無法被釋放。
  另外，多個(gè)對象依次持有對方，形式一個(gè)環(huán)狀，也可以造成循環(huán)引用。

解決循環(huán)引用問題，主要有2個(gè)辦法

辦法1：主動(dòng)置nil

明確知道會(huì)存在循環(huán)引用，在合理的位置和時(shí)機(jī)，主動(dòng)斷開環(huán)中的一個(gè)引用，使得對象得以回收。常見于各種與 block 相關(guān)的代碼邏輯中。如：一般在最后把block置nil。

辦法2：使用弱引用weak

弱引用雖然持有對象，但并不增加引用計(jì)數(shù)，也就避免了循環(huán)引用。在 iOS 開發(fā)中，通常在 delegate 模式中使用。

原理：系統(tǒng)對于每一個(gè)有弱引用的對象，都維護(hù)一個(gè)表來記錄它所有的弱引用的指針地址。這樣，當(dāng)一個(gè)對象的引用計(jì)數(shù)為 0 時(shí)，系統(tǒng)就通過這張表，找到所有的弱引用指針，繼而把它們都置成 nil。
可見，弱引用的使用是有額外的開銷的。雖然開銷很小，但如果一個(gè)地方肯定它不需要弱引用，就不應(yīng)該盲目使用弱引用。

Core Foundation 對象的內(nèi)存管理

創(chuàng)建對象

// 創(chuàng)建一個(gè) CFStringRef 對象
CFStringRef str= CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, “hello", kCFStringEncodingUTF8);

// 創(chuàng)建一個(gè) CTFontRef 對象
CTFontRef fontRef = CTFontCreateWithName((CFStringRef)@"ArialMT", fontSize, NULL);

對于這些對象的引用計(jì)數(shù)的修改，使用 CFRetain 和 CFRelease 方法，手工管理引用計(jì)數(shù)。

此外，還有另外一個(gè)問題。在 ARC 下，有時(shí)需要將一個(gè)Core Foundation 對象轉(zhuǎn)換成Objective-C對象，這時(shí)需要告訴編譯器，轉(zhuǎn)換過程中的引用計(jì)數(shù)需要做如何的調(diào)整。這就引入了bridge相關(guān)的關(guān)鍵字。

• __bridge: 只做類型轉(zhuǎn)換，不修改相關(guān)對象的引用計(jì)數(shù)，
  原來的 Core Foundation 對象在不用時(shí)，需調(diào)用 CFRelease方法。
• __bridge_retained：類型轉(zhuǎn)換后，將相關(guān)對象的引用計(jì)數(shù)加 1，
  原來的Core Foundation對象在不用時(shí)，需調(diào)用CFRelease方法。
• __bridge_transfer：類型轉(zhuǎn)換后，將該對象的引用計(jì)數(shù)交給 ARC 管理，Core Foundation 對象在不用時(shí)，不再需要調(diào)用 CFRelease方法。

根據(jù)具體的業(yè)務(wù)邏輯，合理使用上面的 3 種轉(zhuǎn)換關(guān)鍵字，就可以解決 Core Foundation對象與 Objective-C對象相對轉(zhuǎn)換的問題了。

定時(shí)器的內(nèi)存管理

定時(shí)器使用完畢時(shí)需要將其停止，并置nil。

自動(dòng)釋放池autorelease

執(zhí)行方法autorelease不立即釋放，而是注冊到（自動(dòng)釋放池)中，等到pool結(jié)束時(shí)釋放池，再自動(dòng)調(diào)用release進(jìn)行釋放工作。

自動(dòng)釋放池的主要底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是：
__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage

調(diào)用了autorelease的對象，最終都是通過AutoreleasePoolPage對象來管理

• AutoreleasePoolPage的結(jié)構(gòu)
  每個(gè)AutoreleasePoolPage對象占用4096字節(jié)內(nèi)存，除了存放它的成員變量，剩下的空間用來存放autorelease對象的地址。所有的AutoreleasePoolPage對象通過雙向鏈表的形式連接在一起

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調(diào)用push方法會(huì)將一個(gè)POOL_BOUNDARY入棧，并且返回其存放的內(nèi)存地址；
調(diào)用pop方法時(shí)傳入一個(gè)POOL_BOUNDARY的內(nèi)存地址，會(huì)從最后一個(gè)入棧的對象開始發(fā)送release消息，直到遇到這個(gè)POOL_BOUNDARY；
id *next指向了下一個(gè)能存放autorelease對象地址的區(qū)域。

• 關(guān)鍵字autoReleasePool

for (int i = 0; i < 100000; i++) {

    NSString *string = @"Abc";
    string = [string lowercaseString];
    string = [string stringByAppendingString:@"xyz"];
    NSLog(@"%@", string);
}

該for循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生大量的臨時(shí)對象，直至循環(huán)結(jié)束才釋放，可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。解決方法是在循環(huán)中創(chuàng)建自己的autoReleasePool，及時(shí)釋放占用內(nèi)存大的臨時(shí)變量，減少內(nèi)存占用峰值。

for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    @autoreleasepool {
        NSString *string = @"Abc";
        ...
        NSLog(@"%@", string);
    }
}

ARC 下，當(dāng)使用alloc/new/copy/mutableCopy開始的方法 進(jìn)行初始化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng) 在合適位置release，不需要pool進(jìn)行管理。

主線程默認(rèn)為我們開啟 Runloop，Runloop 會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建Autoreleasepool，并進(jìn)行Push、Pop 等操作來進(jìn)行內(nèi)存管理。

使用內(nèi)存管理工具

可以用Xcode工具儀器的幫助下，分析內(nèi)存的使用情況。它包括的工具有活動(dòng)監(jiān)視器，分配，泄漏，僵尸等。

菜單欄選擇：Product -> Profile

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iOS 模擬器會(huì)運(yùn)行起來，模擬器里切換一些界面。稍等幾秒鐘，就可以看到 Instruments 檢測到了我們的這次循環(huán)引用。