iOS Block(4)-block內(nèi)存管理,block循環(huán)引用

1. Block內(nèi)存管理

demo代碼.png

OC代碼轉(zhuǎn)換成C++代碼

void(*block)(void);

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int age;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_age_0 *_age, int flags=0) : age(_age->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_age_0 *age = __cself->age; // bound by ref

            (age->__forwarding->age) = 20;
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders__6_s9x0n6313d99yqk5pltzp6ym0000gn_T_main_3fd458_mi_0,(age->__forwarding->age));
        }
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->age, (void*)src->age, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->age, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};
int main(int argc, char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_age_0 age = {(void*)0,(__Block_byref_age_0 *)&age, 0, sizeof(__Block_byref_age_0), 10};

        block = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_age_0 *)&age, 570425344));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
        return UIApplicationMain(argc, argv, __null, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("AppDelegate"), sel_registerName("class"))));
    }
}

_block的內(nèi)部要調(diào)用外邊的變量,_block的desc0的結(jié)構(gòu)體里會(huì)多出copy和dispose函數(shù)方法,copy的函數(shù)方法中會(huì)調(diào)用_Block_object_assign進(jìn)行內(nèi)存管理.

  1. 當(dāng)block在棧上時(shí)，并不會(huì)對(duì)__block變量產(chǎn)生強(qiáng)引用.
  2. 當(dāng)block被copy到堆時(shí)
    ??? ①. 會(huì)調(diào)用block內(nèi)部的copy函數(shù).
    ??? ②. copy函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_assign函數(shù).
    ??? ③. _Block_object_assign函數(shù)會(huì)對(duì)__block變量形成強(qiáng)引用（retain）.
copy操作第一步.png
copy操作第二步.png

當(dāng)block從堆中移除時(shí)

  • 會(huì)調(diào)用block內(nèi)部的dispose函數(shù)
  • dispose函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_dispose函數(shù)
  • _Block_object_dispose函數(shù)會(huì)自動(dòng)釋放引用的__block變量（release）
dispose操作的第一步.png
dispose操作的第二步.png

對(duì)象類(lèi)型的auto變量、__block變量

  1. 當(dāng)block在棧上時(shí)，對(duì)它們都不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)引用.
  2. 當(dāng)block拷貝到堆上時(shí)，都會(huì)通過(guò)copy函數(shù)來(lái)處理它們.
  • __block變量（假設(shè)變量名叫做a）
    _Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a,8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  • 對(duì)象類(lèi)型的auto變量（假設(shè)變量名叫做p）
    _Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p,3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
  1. 當(dāng)block從堆上移除時(shí)，都會(huì)通過(guò)dispose函數(shù)來(lái)釋放它們
  • __block變量（假設(shè)變量名叫做a）
    _Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  • 對(duì)象類(lèi)型的auto變量（假設(shè)變量名叫做p）
    _Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
_block變量.png

2. __block的__forwarding指針

_forwarding指針的示意圖.jpg

用"__block"修飾auto變量xxx的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)將這個(gè)auto變量xxx轉(zhuǎn)換成一個(gè)__Block_byref_xxx_0結(jié)構(gòu)體類(lèi)型，結(jié)構(gòu)體中有個(gè)成員__forwarding。當(dāng)block在棧區(qū)的時(shí)候，__forwarding指向棧區(qū)的__Block_byref_xxx_0結(jié)構(gòu)體本身內(nèi)存地址；當(dāng)block被copy到堆區(qū)的時(shí)候，棧上block變量?jī)?nèi)的__forwarding將會(huì)指向堆上的block變量，從而進(jìn)一步訪問(wèn)block變量?jī)?nèi)部的成員。這樣，前文中訪問(wèn)age的時(shí)候通過(guò)" (age->__forwarding->age) = 20;"這種做法也就明白了。

3. __block修飾對(duì)象類(lèi)型

  • block內(nèi)部的指針指向包裝好的結(jié)構(gòu)體就是強(qiáng)指針,沒(méi)有弱引用.結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的對(duì)象指向外部的變量的指針是強(qiáng)指針還是弱指針是由外部的變量的修飾詞決定的.
  • 如果__block修飾的是對(duì)象類(lèi)型,block從棧區(qū)copy到堆區(qū)的時(shí)候,包裝好的對(duì)象會(huì)增加copy和dispose兩個(gè)函數(shù)對(duì)包裝好的對(duì)象做內(nèi)存管理.
  1. 當(dāng)__block變量在棧上時(shí)，不會(huì)對(duì)指向的對(duì)象產(chǎn)生強(qiáng)引用
  2. 當(dāng)__block變量被copy到堆時(shí)
    ???①. 會(huì)調(diào)用__block變量?jī)?nèi)部的copy函數(shù)
    ???②. copy函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_assign函數(shù)
    ???③._Block_object_assign函數(shù)會(huì)根據(jù)所指向?qū)ο蟮男揎椃?code>__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相應(yīng)的操作，形成強(qiáng)引用（retain）或者弱引用（注意：這里僅限于ARC時(shí)會(huì)retain，MRC時(shí)不會(huì)retain）
  3. 如果__block變量從堆上移除
    ???①. 會(huì)調(diào)用__block變量?jī)?nèi)部的dispose函數(shù)
    ???②. dispose函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_dispose函數(shù)
    ???③. _Block_object_dispose函數(shù)會(huì)自動(dòng)釋放指向的對(duì)象（release）

4. block循環(huán)引用

一. demo1

self的循環(huán)引用的常例.png

demo1中，TestClass有一個(gè)block實(shí)例對(duì)象，self對(duì)block的關(guān)系為強(qiáng)持有。block實(shí)現(xiàn)中，也引用了當(dāng)前實(shí)例self，并且也為強(qiáng)引用。這樣一來(lái)，self持有block，block持有self，所以?xún)烧叨紵o(wú)法釋放，就造成內(nèi)存泄露。將該.m文件轉(zhuǎn)換為C++實(shí)現(xiàn)，看看block結(jié)構(gòu)體__TestClass__test_block_impl_0和block代碼塊函數(shù)__TestClass__test_block_func_0:

struct __TestClass__test_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __TestClass__test_block_desc_0* Desc;
  TestClass *const __strong self;
  __TestClass__test_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__test_block_desc_0 *desc, TestClass *const __strong _self, int flags=0) : self(_self) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __TestClass__test_block_func_0(struct __TestClass__test_block_impl_0 *__cself) {
  TestClass *const __strong self = __cself->self; // bound by copy


        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders__6_s9x0n6313d99yqk5pltzp6ym0000gn_T_TestClass_e9b143_mi_0, ((NSInteger (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("age")));
    }

正如上面分析的一樣：由"TestClass *const __strong self;"可見(jiàn)block結(jié)構(gòu)體中成員變量self為當(dāng)前類(lèi)實(shí)例的強(qiáng)指針;并且block的代碼塊中TestClass *const __strong self = __cself->self; // bound by copy也強(qiáng)引用著當(dāng)前類(lèi)TestClass的實(shí)例.
block與self的互相持有:

block與self的互相持有.png

二. demo2

#import <Foundation/Foundation.h>
typedef void(^CSBlock)(void);
@interface Person : NSObject
/** age*/
@property(nonatomic,assign)int age;
/** blokc*/
@property(nonatomic,copy) CSBlock block;
@end

@implementation Person
- (void)dealloc {
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
          Person *person = [[Person alloc] init];
          person.age = 10;
          person.block = ^{
              NSLog(@"age is %d", person.age);
  };
      person.block();
  }
     return 0;
}

將上方的OC代碼轉(zhuǎn)換為C++:

Person循環(huán)引用OC->C++.png

person的循環(huán)引用形成

person的循環(huán)引用形成.png

block內(nèi)部有個(gè)強(qiáng)指針person指向MJPerson,MJPerson有個(gè)成員變量_block指向block.

person的循環(huán)引用1.png

當(dāng)我們執(zhí)行完main函數(shù)中的20行代碼的時(shí)候,main中的person指向MJPerson的指針就銷(xiāo)毀了.

person的循環(huán)引用2.png

三. 解決block與持有對(duì)象間的強(qiáng)引用關(guān)系.

在ARC環(huán)境下有以下三種解決方案：
① 使用"__weak";
② 使用"__unsafe_unretained";
③ 使用"__block"(必須要調(diào)用block)。

方案①大家應(yīng)該都清楚,在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中都應(yīng)該使用過(guò).
方案②：“__unsafe_unretained”字面理解就是不安全的、不會(huì)導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)增加。簡(jiǎn)單說(shuō)就是：不安全的弱引用。
“__weak”與“ __unsafe_unretained”對(duì)比：
"__weak":不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)引用，當(dāng)指向的對(duì)象銷(xiāo)毀時(shí)，會(huì)自動(dòng)讓指針置為nil;
“ __unsafe_unretained”：不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)引用，不安全。當(dāng)指向的對(duì)象銷(xiāo)毀時(shí)，指針存儲(chǔ)的地址值不變，這個(gè)時(shí)候指向的是一塊已經(jīng)被系統(tǒng)回收的內(nèi)存，這個(gè)時(shí)候繼續(xù)訪問(wèn)會(huì)引發(fā)"野指針異常"。
對(duì)于方案③demo：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "TestClass.h"

@implementation TestClass

- (void)test{
    
    self.age = 20;
    
//    __unsafe_unretained TestClass *weakself = self;
//    __weak TestClass *weakself = self;
    
    __block TestClass* weakSelf = self;
    
    self.block = ^{
        
        NSLog(@"%ld", weakSelf.age);
        weakSelf = nil;
    };
    self.block();

}

- (void)dealloc{
    NSLog(@"TestClass - %@",NSStringFromSelector(_cmd));
}

當(dāng)testClass實(shí)例銷(xiāo)毀的時(shí)候，block也釋放了，不會(huì)循環(huán)引用。
我們分析一下轉(zhuǎn)換后的C++代碼：

struct __TestClass__test_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __TestClass__test_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_weakSelf_0 *weakSelf; // by ref
  __TestClass__test_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__test_block_desc_0 *desc, __Block_byref_weakSelf_0 *_weakSelf, int flags=0) : weakSelf(_weakSelf->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};


struct __Block_byref_weakSelf_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_weakSelf_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 TestClass *__strong weakSelf;
};

首先block結(jié)構(gòu)體內(nèi)持有__block類(lèi)型的"__Block_byref_weakSelf_0"對(duì)象；
其次“__block”類(lèi)型對(duì)象中“TestClass *__strong weakSelf;”，即持有TestClass實(shí)例。
由于self持有了block，所以當(dāng)前對(duì)象self、block已經(jīng)__block變量三者的關(guān)系為：

三者關(guān)系的循環(huán)引用.png

如此一來(lái)：又是一個(gè)循環(huán)引用問(wèn)題，我們嘗試在block代碼塊內(nèi)部去掉"weakSelf = nil"，實(shí)際結(jié)果是TestClass實(shí)例不會(huì)釋放掉。針對(duì)這種狀況，打破三者之間的循環(huán)鏈即可消除循環(huán)引用，解釋如下：
首先a. 對(duì)象（也就是持有block的對(duì)象）對(duì)block的持有關(guān)系肯定是強(qiáng)持有；
其次b. block對(duì)__block變量也是強(qiáng)持有的關(guān)系，這兩條線無(wú)法改動(dòng)！如果突破__block變量持有對(duì)象這條線，就可以了，這樣就可以通過(guò)調(diào)用block后，手動(dòng)設(shè)置__block對(duì)象為nil。

在本demo中__block變量定義如下：

struct __Block_byref_weakSelf_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_weakSelf_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 TestClass *__strong weakSelf;
};

也就是將結(jié)構(gòu)體__Block_byref_weakSelf_0中的成員變量"TestClass *__strong weakSelf"置為nil，即weakSelf = nil，這樣__block就不會(huì)持有當(dāng)前類(lèi)的實(shí)例了，所以循環(huán)被打破。打破后三者關(guān)系見(jiàn)下圖：

打破三種的循環(huán)引用關(guān)系.png

由此針對(duì)方案③：該方案唯一的缺點(diǎn)就是需要執(zhí)行block。這么麻煩的關(guān)鍵在于：執(zhí)行完block之后，在block體內(nèi)設(shè)置引用對(duì)象為nil，從而達(dá)到手動(dòng)將__block變量?jī)?nèi)部的關(guān)鍵成員置為nil，這樣就可以打破循環(huán)關(guān)系.

在ARC環(huán)境下有以下三種解決方案：
① 用__unsafe_unretained解決；
② 用__block解決(block可以不調(diào)用)。

“ __unsafe_unretained”同ARC一致；
在使用"_block"時(shí)，我們先總結(jié)一下block被copy到堆上時(shí)，底層做了啥(⊙⊙)?

當(dāng)__block變量被copy到堆時(shí)，會(huì)調(diào)用__block變量?jī)?nèi)部的copy函數(shù)。copy函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_assign函數(shù)。_Block_object_assign函數(shù)會(huì)根據(jù)所指向?qū)ο蟮男揎椃?code>__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相應(yīng)的操作，形成強(qiáng)引用（retain）或者弱引用（注意：這里僅限于ARC時(shí)會(huì)retain，MRC時(shí)不會(huì)retain）。
如果__block變量從堆上移除，會(huì)調(diào)用__block變量?jī)?nèi)部的dispose函數(shù)。dispose函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_dispose函數(shù)
_Block_object_dispose函數(shù)會(huì)自動(dòng)釋放指向的對(duì)象（release）。

正是因?yàn)镸RC環(huán)境下，__block變量對(duì)所引用的對(duì)象為弱引用關(guān)系，所以“對(duì)象”、“block”與"block變量"三種之間處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，也就不存在循環(huán)引用問(wèn)題，因此在MRC下用__block修飾被引用對(duì)象，block可以不調(diào)用。正如下面demo：

// ATTENTION：MRC環(huán)境
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "TestClass.h"

@implementation TestClass

- (void)test{
    
    self.age = 20;
    
    __block TestClass* weakSelf = self;
    
    self.block = ^{
        
        NSLog(@"%ld", weakSelf.age);
    };
}

- (void)dealloc{
    [super dealloc];
    NSLog(@"TestClass - %@",NSStringFromSelector(_cmd));
}

@end


int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        {
            TestClass *testClass = [[TestClass alloc] init];
           
            [testClass test];
            [testClass release];
            
        }
        NSLog(@"---------");
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}


//2018-08-31 11:25:27.800865+0800 Block[74957:7622148] TestClass - dealloc
//2018-08-31  11:25:27.803116+0800 Block[74957:7622148] ---------

結(jié)果是TestClass實(shí)例被銷(xiāo)毀的時(shí)候，block也一起銷(xiāo)毀了。

四. __weak搭配__strong使用

__weak TestClass* weakSelf = self;
    self.block = ^{
        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
        NSLog(@"%ld", strongSelf.age);
    };

在本demo中，在block內(nèi)部重新使用__strong修飾weakSelf（被引用）變量是為了在block內(nèi)部有一個(gè)強(qiáng)指針指向weakSelf（弱引用）避免在block調(diào)用的時(shí)候weakSelf已經(jīng)被銷(xiāo)毀。有些時(shí)候block內(nèi)部訪問(wèn)的對(duì)象并不是當(dāng)前類(lèi)的實(shí)例，考慮到block可能很久才會(huì)銷(xiāo)毀，因此被block引用的對(duì)象應(yīng)該是弱引用，否則可能造成被引用對(duì)象毫無(wú)意義地存在于內(nèi)存中。既然是弱引用，一旦該對(duì)象在其他地方被銷(xiāo)毀，則block內(nèi)部的弱引用對(duì)象也就銷(xiāo)毀了，繼續(xù)訪問(wèn)也就會(huì)返回null,還是用demo說(shuō)話吧：

// 1. 新建一個(gè)Dog類(lèi)，并實(shí)現(xiàn)dealloc方法；
@interface Dog : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@end

@implementation Dog

- (void)dealloc{
  
    NSLog(@"Dog - %@",NSStringFromSelector(_cmd));
}


// 2. 在另一個(gè)類(lèi)的block函數(shù)體類(lèi)訪問(wèn)dog的成員屬性name；
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "TestClass.h"
#import "Dog.h"

@implementation TestClass

- (void)test{
    
    Dog *dog = [[Dog alloc] init];
    dog.name = @"小黑";

    __weak Dog *weakDog = dog;
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"開(kāi)始執(zhí)行block");
//        __strong typeof(weakDog) strongDog = weakDog;
        sleep(2);
        NSLog(@"狗的名字:%@",weakDog.name);
    });
  
    sleep(1);
    NSLog(@"模擬weakDog被釋放");
    dog = nil;
    
    /*
    2018-09-04 14:43:32.966624+0800 Block[80253:7808973] 開(kāi)始執(zhí)行block
    2018-09-04 14:43:33.956807+0800 Block[80253:7808911] 模擬weakDog被釋放
    2018-09-04 14:43:33.957256+0800 Block[80253:7808911] Dog - dealloc
    2018-09-04 14:43:34.972230+0800 Block[80253:7808973] 狗的名字:(null)
    */
}

- (void)dealloc{
    NSLog(@"TestClass - %@",NSStringFromSelector(_cmd));
}

@end

模擬block內(nèi)部訪問(wèn)的對(duì)象在外部被提前釋放的情況，我在調(diào)用block的過(guò)程中特意將dog設(shè)置為nil,訪問(wèn)的結(jié)果是:“Block[76269:7674002] 狗的名字:(null)”，項(xiàng)目中block調(diào)用的時(shí)機(jī)是不確定的，被訪問(wèn)的對(duì)象何時(shí)候釋放也是不確定的，故而這種情況下僅僅使用__weak修飾被訪問(wèn)對(duì)象肯定存在問(wèn)題，為了更好解決這樣的問(wèn)題，我們用“__strong”修飾符在block內(nèi)部搭配外部的"__weak"修飾被訪問(wèn)對(duì)象，針對(duì)上面demo，正確的做法如下：

- (void)test{
    
    Dog *dog = [[Dog alloc] init];
    dog.name = @"小黑";

    __weak Dog *weakDog = dog;
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        NSLog(@"開(kāi)始執(zhí)行block");
        __strong typeof(weakDog) strongDog = weakDog;
        sleep(2);
        NSLog(@"狗的名字:%@",strongDog.name);
    });
  
    sleep(1);
    NSLog(@"模擬weakDog被釋放");
    dog = nil;
    /*
     2018-09-04 14:46:32.969188+0800 Block[80345:7811829] 開(kāi)始執(zhí)行block
     2018-09-04 14:46:33.961744+0800 Block[80345:7811757] 模擬weakDog被釋放
     2018-09-04 14:46:33.962013+0800 Block[80345:7811757] ---------
     2018-09-04 14:46:34.974592+0800 Block[80345:7811829] 狗的名字:小黑
     2018-09-04 14:46:34.974973+0800 Block[80345:7811829] Dog - dealloc
    */
}

在block內(nèi)將weakDog對(duì)象強(qiáng)引用為strongDog，執(zhí)行block過(guò)程中將dog設(shè)置為nil，結(jié)果仍能繼續(xù)訪問(wèn)。

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