內(nèi)存管理 autorelease原理

先通過main函數(shù)查autoreleasepool是個什么東西?

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "NSPerson.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        NSPerson *person = [[[NSPerson alloc] init] autorelease];
        
    }
    return 0;
}

通過終端
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m
查看C++文件

int main(int argc, const char * argv[]) {
 __autoreleasepool;
//定義__AtAutoreleasePool __autoreleasepool變量
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
            NSPerson *person = ((NSPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init")), sel_registerName("autorelease"));
    }
    return 0;
}

可以看出 @autoreleasepool 被轉(zhuǎn)成了__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
__AtAutoreleasePool是什么?

//AtAutoreleasePool結(jié)構(gòu)體
struct __AtAutoreleasePool {
   __AtAutoreleasePool() {
       atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
}
  ~__AtAutoreleasePool() {
       objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
}
  void * atautoreleasepoolobj;
};

__AtAutoreleasePool() {} 構(gòu)造函數(shù),在創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體變量的時候調(diào)用
~__AtAutoreleasePool() {} 析構(gòu)函數(shù),在結(jié)構(gòu)體銷毀的時候調(diào)用

  @autoreleasepool {//大括號開始
           NSPerson *person = [[[NSPerson alloc] init] autorelease];
   }//大括號結(jié)束

上面這段代碼相當于下面這段代碼

//大括號開始
 atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
 NSPerson *person = [[[NSPerson alloc] init] autorelease];
//大括號結(jié)束
 objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

想要知道什么時候會被釋放,就要搞清 objc_autoreleasePoolPush 和objc_autoreleasePoolPop都做了什么?
查看NSObjct.mm源碼

  • 找到objc_autoreleasePoolPush的方法
_objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return objc_autoreleasePoolPush();
}

objc_autoreleasePoolPush內(nèi)部

objc_autoreleasePoolPush(void)
{

    return AutoreleasePoolPage::push();
}

    static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (DebugPoolAllocation) {//如果沒有page創(chuàng)建一個新的page
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
           // 在創(chuàng)建表時會插入一個POOL_BOUNDARY
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {
         //如果已經(jīng)創(chuàng)建了page表,進入將POOL_BOUNDARY傳進去
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        assert(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }

查看 dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);

   static __attribute__((noinline))
    id *autoreleaseNewPage(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
//調(diào)用autoreleaseFullPage方法并將POOL_BOUNDARY和page傳入
        if (page) return autoreleaseFullPage(obj, page);
        else return autoreleaseNoPage(obj);
    }


    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 {
            //查看child有沒有,如果沒有,創(chuàng)建一個page
            if (page->child) page = page->child;
            else page = new AutoreleasePoolPage(page);
        } while (page->full());

        setHotPage(page);
//將POOL_BOUNDARY添加到page表中
        return page->add(obj);
    }

總結(jié)

  • 查看objc_autoreleasePoolPop的方法
_objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    objc_autoreleasePoolPop(ctxt);
}

objc_autoreleasePoolPop內(nèi)部

objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{

    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
  • 從C++代碼可以看出__AtAutoreleasePool結(jié)構(gòu)體中會調(diào)用objc_autoreleasePoolPush 和objc_autoreleasePoolPop
    而objc_autoreleasePoolPush 和 objc_autoreleasePoolPop內(nèi)部又會用到AutoreleasePoolPage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
  1. 可以看autoreleasePool底層是由AutoreleasePoolPage來管理
  2. 調(diào)用autorelease的對象最終都是由AutoreleasePoolPage來管理的
  • 下面來研究一下AutoreleasePoolPage是如何管理調(diào)用autorelease對象的
//簡化后的AutoreleasePoolPage
class AutoreleasePoolPage 
{
    magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;//指向父結(jié)點，第一個結(jié)點的 parent 值為 nil ；
    AutoreleasePoolPage *child;//指向下一個AutoreleasePoolPage的指針
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
}
  1. magic 用來校驗 AutoreleasePoolPage 的結(jié)構(gòu)是否完整；
  2. next 指向最新添加的 autoreleased 對象的下一個位置，初始化時指向 begin() ；
  3. thread 指向當前線程；
  4. parent 指向父結(jié)點，第一個結(jié)點的 parent 值為 nil ；
  5. child 指向子結(jié)點，最后一個結(jié)點的 child 值為 nil ；
  6. depth 代表深度，從 0 開始，往后遞增 1；
  7. hiwat 代表 high water mark 。
image.png

當 next == begin() 時，表示 AutoreleasePoolPage 為空；當 next == end() 時，表示 AutoreleasePoolPage 已滿。

push 操作

   static inline void *push() 
    {
        id *dest;
      //查看是否存在page對象
        if (DebugPoolAllocation) {
          //如果沒有創(chuàng)建一個新的
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {
         //如果有直接調(diào)用autoreleaseFast
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        assert(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }
  • 在調(diào)用push方法會先檢查是否存在page對象,如果沒有創(chuàng)建一個新有page,如果存在直接調(diào)用autoreleaseFast,不管存不存在都會將一個POOL_BOUNDARY入棧

不存在page的情況

  1. 如果沒有創(chuàng)建新的page
id *autoreleaseNewPage(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page) return autoreleaseFullPage(obj, page);
        else return autoreleaseNoPage(obj);
    }
  1. autoreleaseFullPage方法
    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);//將POOL_BOUNDARY添加到page表里面去
    }
  • 先查看DebugPoolAllocation是否存在page對象,如果沒有就autoreleaseNewPage創(chuàng)建個新的對象并在next指針的位置插入POOL_BOUNDARY

存在page的情況

  1. 直接調(diào)用autoreleaseFullPage
    static inline id *autoreleaseFast(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page && !page->full()) {
       //將POOL_BOUNDAR添加到page里面
            return page->add(obj);
        } else if (page) {
            return autoreleaseFullPage(obj, page);
        } else {
            return autoreleaseNoPage(obj);
        }
    }

當前 page 存在且沒有滿時，直接將對象添加到當前 page 中，即 next 指向的位置；
當前 page 存在且已滿時，創(chuàng)建一個新的 page ，并將對象添加到新創(chuàng)建的 page 中；
當前 page 不存在時，即還沒有 page 時，創(chuàng)建第一個 page ，并將對象添加到新創(chuàng)建的 page 中。
每調(diào)用一次 push 操作就會創(chuàng)建一個新的 autoreleasepool ，即往 AutoreleasePoolPage 中插入一個 POOL_SENTINEL ，并且返回插入的 POOL_SENTINEL 的內(nèi)存地址。

autorelease 操作

-autorelease 方法的實現(xiàn)：

_objc_rootAutorelease(id obj)
{
    assert(obj);
    return obj->rootAutorelease();
}

通過查看 ((id)self)->rootAutorelease() 的方法調(diào)用，我們發(fā)現(xiàn)最終調(diào)用的就是 AutoreleasePoolPage 的 autorelease 函數(shù)。

objc_object::rootAutorelease()
{
    if (isTaggedPointer()) return (id)this;
    if (prepareOptimizedReturn(ReturnAtPlus1)) return (id)this;

    return rootAutorelease2();
}

id 
objc_object::rootAutorelease2()
{
    assert(!isTaggedPointer());
    return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}

AutoreleasePoolPage 的 autorelease 函數(shù)的實現(xiàn)對我們來說就比較容易理解了，它跟 push 操作的實現(xiàn)非常相似。只不過 push 操作插入的是一個 POOL_SENTINEL ，而 autorelease 操作插入的是一個具體的 autoreleased 對象。

 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;
  }

pop 操作

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

    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;
        }

pop 函數(shù)的入?yún)⒕褪?push 函數(shù)的返回值，也就是 POOL_SENTINEL 的內(nèi)存地址，即 pool token 。當執(zhí)行 pop 操作時，內(nèi)存地址在 pool token 之后的所有 autoreleased 對象都會被 release 。直到 pool token 所在 page 的 next 指向 pool token 為止。

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