the block

前言

深究block可以說會(huì)涉及不少東西，筆者欲通過循序漸進(jìn)的方式來談及block相關(guān)，略陳固陋。閱讀本文前，希望我們還是先一起來過一下幾個(gè)概念：

• 指針和對(duì)象，都是內(nèi)存塊。一個(gè)大，一個(gè)小。一個(gè)在棧中，一個(gè)在堆中。
• iOS中，我們可以生命一個(gè)指針，也可以通過alloc獲取一塊內(nèi)存。
• 我們可以直接消滅一個(gè)指針，將其置為nil，但是我們沒辦法直接消滅一塊對(duì)象內(nèi)存。對(duì)于對(duì)象內(nèi)存，我們永遠(yuǎn)只能依靠系統(tǒng)去回收。即當(dāng)這個(gè)對(duì)象不被任何指針?biāo)鶕碛袝r(shí)，系統(tǒng)就會(huì)收回該對(duì)象內(nèi)存。
• 函數(shù)在棧區(qū)，函數(shù)調(diào)用完畢后其stack frame將被彈出結(jié)束其生命周期。
• Objective-C的對(duì)象在內(nèi)存中是以堆的方式分配空間。

正文

1、ARC strong和weak指針

在講block之前呢先講一下strong和weak指針的問題，以便于更好的理解下面block中的循環(huán)引用以及變量截獲等問題。我們知道ARC消除了手動(dòng)管理內(nèi)存的煩瑣，編譯器會(huì)自動(dòng)在適當(dāng)?shù)牡胤讲迦脒m當(dāng)?shù)膔etain、release、autorelease語(yǔ)句。規(guī)則很簡(jiǎn)單，只要還有一個(gè)變量指向?qū)ο螅瑢?duì)象就會(huì)保持在內(nèi)存中。當(dāng)指針指向新值，或者指針不再存在時(shí)，相關(guān)聯(lián)的對(duì)象就會(huì)自動(dòng)釋放。如下圖動(dòng)畫模擬引用計(jì)數(shù)回收器，紅色閃爍表示引用計(jì)數(shù)行為，引用計(jì)數(shù)的優(yōu)勢(shì)在于垃圾會(huì)被很快檢測(cè)到，你可以看到紅色閃爍過后緊接著該區(qū)域變黑（圖片來自）。

REF_COUNT

• strong指針

比如在控制器上有個(gè)nameField屬性，我在文本框中輸入henvy，那么就可以說，nameField的text屬性是NSString對(duì)象的指針，也就是擁有者，該對(duì)象保存了文本輸入框的內(nèi)容。

如果執(zhí)行了NSString *name = self.nameField.text;后，@“henvy”對(duì)象就有了多個(gè)擁有者，也就是有兩個(gè)指針指向同一個(gè)對(duì)象。

接下來我又在文本框中輸入了新的內(nèi)容比如@"Leslie"，此時(shí)nameFeild的text屬性就指向了新的NSString對(duì)象。但原來的NSString對(duì)象仍然還有一個(gè)所有者(name變量)，因此會(huì)繼續(xù)保留在內(nèi)存中。

當(dāng)name變量獲得新值,或者不再存在時(shí)(如局部變量方法返回時(shí)、實(shí)例變量對(duì)象釋放時(shí)),原先的NSString對(duì)象就不再擁有任何所有者,retain計(jì)數(shù)降為0,這時(shí)對(duì)象會(huì)被釋放
如，給name變量賦予一個(gè)新值name = @"Eason"時(shí)。

我們稱name和nameField.text指針為"Strong指針"，因?yàn)樗鼈兡軌虮３謱?duì)象的生命。默認(rèn)所有成員變量和局部變量都是Strong指針。

• weak指針

weak型的指針變量依然可以指向一個(gè)對(duì)象，但不屬于對(duì)象的擁有者，就像我是很喜歡你，但是卻得不到你一樣。依然是我們上面的例子在輸入框輸入henvy后執(zhí)行__weak NSString *name = self.nameField.text;后，雖然同時(shí)指向但name并不真正擁有henvy。

此時(shí)如果文本框內(nèi)容重新輸入@“Leslie”，則原先的henvy對(duì)象就沒有擁有者，就會(huì)被釋放，此時(shí)name變量會(huì)自動(dòng)變成nil，稱為空指針。weak型的指針變量自動(dòng)變?yōu)閚il避免了野指針的產(chǎn)生。

舉一個(gè)典型的weak指針的例子，即我們的代理模式，控制器ViewController強(qiáng)引用一個(gè)myTableView，myTableView的dataSource和delegate都是weak指針,指向你的ViewController。這也是cocoa設(shè)定的一個(gè)規(guī)則，即父對(duì)象建立子對(duì)象的強(qiáng)引用，而子對(duì)象只對(duì)父對(duì)象建立弱引用。

2、Block的類型

好吧原諒我前面ARC講了那么多，當(dāng)然還是希望讀者能夠體會(huì)筆者的良苦用心。

• NSGlobalBlock

該類型的block存儲(chǔ)在程序的數(shù)據(jù)區(qū)域(text段)，不引用外部變量，只對(duì)自己的參數(shù)做操作，自給自足的狀態(tài)，可以當(dāng)做函數(shù)使用，例如：

typedef int (^GlobalBlock)(int);
GlobalBlock block = ^(int count){
    return count;
};  //nslog:<__NSGlobalBlock__: 0x10d090200>

• NSStackBlock

該類型的block在非ARC模式存儲(chǔ)在棧區(qū)，內(nèi)部引用外部變量，當(dāng)棧block結(jié)束運(yùn)行的時(shí)候會(huì)被請(qǐng)出棧，生命周期結(jié)束，再次調(diào)用當(dāng)然crash掉，避免這一點(diǎn)可以通過手動(dòng)copy將其拷貝到安全的堆上來，脫離棧的危險(xiǎn)地帶，因?yàn)楸旧項(xiàng)^(qū)就是過河拆橋、兔死狗烹的狀態(tài)。不像堆區(qū)講究循環(huán)利用，生死由天定（無(wú)指針擁有被系統(tǒng)回收）。當(dāng)然在ARC模式完全不用擔(dān)心，ARC模式改寫了天規(guī)杜絕NSStackBlock狀況的發(fā)生，他會(huì)自動(dòng)將block拷貝到堆上去（block作為方法或函數(shù)的參數(shù)傳遞時(shí)，編譯器不會(huì)自動(dòng)調(diào)用copy方法），從而演變成了第三種NSMallocBlock，此時(shí)的堆上的block就會(huì)像一個(gè)ObjC對(duì)象一樣被放入autoreleasepool里面，從而保證了返回后的block仍然可以正確執(zhí)行。因此在本該是NSStackBlock的情況下打印結(jié)果就會(huì)變成NSMallocBlock。

typedef void (^StackBlock)();
NSString *str = @"henvy";
StackBlock block = ^{
    NSLog(@"%@",str);
};  //nslog :<__NSMallocBlock__: 0x7fe412d18790>

• NSMallocBlock

該類型的block存儲(chǔ)在堆區(qū)，引用外部變量，由NSStackBlock Block_copy()生成。在ARC模式下可以理解為只存在NSGlobalBlock和NSMallocBlock兩種類型。

3、Block對(duì)外部變量的存儲(chǔ)管理

我們都知道內(nèi)存有堆和棧兩個(gè)部分，堆在高地址向下走，棧在低地址向上走。在每個(gè)函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，系統(tǒng)都會(huì)為其生成一個(gè)棧的stack frame，該函數(shù)結(jié)束后這個(gè)frame被彈出去；然而堆對(duì)象的生存不從屬于某個(gè)函數(shù)，即便是創(chuàng)建這個(gè)堆對(duì)象的函數(shù)結(jié)束了，堆對(duì)象也可以繼續(xù)存在，因此內(nèi)存泄漏都是堆對(duì)象惹的禍，ObjC里的引用計(jì)數(shù)就是用來管理堆對(duì)象這個(gè)東西，由于arc中沒有引用計(jì)數(shù)的概念，只有強(qiáng)引用和弱引用的概念。當(dāng)一個(gè)變量沒有指針指向它時(shí)，就會(huì)被系統(tǒng)釋放。因此我們通過下面的代碼分別來測(cè)試。

• 靜態(tài)變量、全局變量、全局靜態(tài)變量

    - (void)testStaticObj
    {
    static NSString *staticString = nil;
    staticString = @"henvy";
  
    printf("%p\n", &staticString);//0x10b0d6138
    printf("%p\n", staticString);//0x10b0d5290
  
    void (^testBlock)() = ^{
    
    printf("%p\n", &staticString);//0x10b0d6138
    printf("%p\n", staticString);//0x0
  
    NSLog(@"%@", staticString);//null
    };
    staticString = nil;
  
    testBlock();
    }  
  

我這里只放上靜態(tài)變量的測(cè)試代碼，同全局變量、全局靜態(tài)變量。我們發(fā)現(xiàn)staticString對(duì)象在block的外部和內(nèi)部對(duì)象地址、指針地址都不變，且都在堆區(qū)。全局變量和全局靜態(tài)變量由于作用域在全局，所以在block內(nèi)訪問和讀寫這兩類變量和普通函數(shù)沒什么區(qū)別，而靜態(tài)變量作用域在block之外，靜態(tài)變量通過指針傳遞，將變量傳遞到block內(nèi)，進(jìn)而來修改變量的值，即所謂的地址傳遞。

• 局部變量

    - (void)testLocalObj
    {
    NSString *localString = nil;
    localString = @"henvy";
  
    printf("%p\n", &localString); //0x7fff569cca48
    printf("%p\n", localString); //0x109234290
  
    void (^testBlock)(void) = ^{
    
    printf("%p\n", &localString); //0x7fcd20511100
    printf("%p\n", localString); //0x109234290
  
    NSLog(@"%@", localString); //henvy
    };
    localString = nil;
  
    testBlock();
    printf("%p\n", &localString); //0x7fff569cca48
    printf("%p\n", localString); //0x0
    }
  

我們發(fā)現(xiàn)局部變量在block定義前在棧上開辟指針空間，在堆上開辟對(duì)象空間，當(dāng)然遵循ObjC對(duì)象的規(guī)則，在block內(nèi)部指針位置發(fā)生了變化，對(duì)象位置不變，在block定義后同定義前。因而我們發(fā)現(xiàn)block對(duì)于局部變量只對(duì)其對(duì)象的值進(jìn)行了拷貝，并不關(guān)心局部變量在外面的死活，跟block內(nèi)部沒有半點(diǎn)關(guān)系，正所謂的值傳遞。

• block變量

    - (void)testBlockObj
    {
    __block NSString *blockString = @"henvy";
    printf("%p\n", &blockString); //0x7fff54507a38
    printf("%p\n", blockString); //0x10b6f9290
  
    void (^testBlock)(void) = ^{
    printf("%p\n", &blockString); //0x7feb79c1e4b8
    printf("%p\n", blockString); //0x10b6f9290
    
    NSLog(@"%@", blockString);//henvy
    };
  
    testBlock();
    printf("%p\n", &blockString); //0x7feb79c1e4b8
    printf("%p\n", blockString); //0x10b6f9290
    }
  

我們發(fā)現(xiàn)__block修飾符的變量在block內(nèi)部指針地址發(fā)生了變化，在block定義后地址徹底改為了新的地址，也就是說值徹底發(fā)生了變化，此時(shí)的blockString已經(jīng)不是當(dāng)年的那個(gè)blockString了。

總結(jié)一下：靜態(tài)變量、全局變量和全局靜態(tài)變量是通過指針傳遞，將變量傳遞到block內(nèi)，進(jìn)而來修改變量值。而外部變量是通過值傳遞，自然沒法對(duì)獲取到的外部變量進(jìn)行修改，當(dāng)我們需要修改外部變量時(shí)，可以用__block標(biāo)記變量，也就是說沒有__block標(biāo)記的變量，其值會(huì)被復(fù)制一份到block私有內(nèi)存區(qū)，而有__block標(biāo)記的變量，其地址會(huì)被記錄一份在block私有內(nèi)存區(qū)。

4、Block循環(huán)引用

了解了強(qiáng)弱引用之后循環(huán)引用的問題就很好理解了，在ARC下，copy到堆上的block會(huì)強(qiáng)引用進(jìn)入到該block中的外部變量，這因而導(dǎo)致循環(huán)引用的問題，一旦出現(xiàn)循環(huán)引用那么對(duì)象就會(huì)常駐內(nèi)存，這顯然是誰(shuí)都不想看到的結(jié)果。此時(shí)需要用到__weak來打破這個(gè)閉合的環(huán)。

• __weak

ViewController控制器內(nèi)有兩個(gè)屬性：

@property (nonatomic, copy)NSString *string;
@property (nonatomic, copy)void(^myBlock)();

在先分析下面的代碼：

self.string = @"henvy";
self.myBlock = ^{
    NSLog(@"%@",self.string);
};
self.myBlock();

首先self強(qiáng)引用myBlock，當(dāng)myBlock被copy到堆上時(shí)，myBlock開始強(qiáng)引用self.string，myBlock的擁有者self在Block作用域內(nèi)部又引用了自己，因此導(dǎo)致了Block的擁有者永遠(yuǎn)無(wú)法釋放內(nèi)存，就出現(xiàn)了循環(huán)引用的內(nèi)存泄漏。解決辦法是__weak：

#define HLWeakSelf(type)  __weak typeof(type) weak##type = type
self.string = @"henvy";
HLWeakSelf(self);
self.myBlock = ^{
    NSLog(@"%@",weakself.string);
};
self.myBlock();

__weak就在Block內(nèi)部對(duì)擁有者使用弱引用，通過這種方式告訴block，不要在block內(nèi)部對(duì)self進(jìn)行強(qiáng)制strong引用了。

• weak-strong dance

在有些特殊情況下，我們?cè)赽lock中又使用__strong來修飾這個(gè)在block外剛剛用__weak修飾的變量。這么做其實(shí)是為了避免在block的執(zhí)行過程中，突然出現(xiàn)self被釋放的尷尬情況而導(dǎo)致crash，官方說法weak-strong dance。列舉經(jīng)典到發(fā)光的AFNetworking中AFNetworkReachabilityManager.m的一段代碼：

__weak __typeof(self)weakSelf = self;
AFNetworkReachabilityStatusBlock callback = ^(AFNetworkReachabilityStatus status) {
__strong __typeof(weakSelf)strongSelf = weakSelf;

strongSelf.networkReachabilityStatus = status;
if (strongSelf.networkReachabilityStatusBlock) {
    strongSelf.networkReachabilityStatusBlock(status);
}
};

為了驗(yàn)證weak-strong dance下面我在一個(gè)HLBlockVC類中做如下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谟^察block中的weakSelf到底有沒有釋放，在該類中會(huì)并發(fā)兩個(gè)線程，一個(gè)for循環(huán)到50后將weakSelf指針置空，另一個(gè)線程繼續(xù)for循環(huán)到100，實(shí)驗(yàn)可能存在兩種結(jié)果，一個(gè)是for循環(huán)到50block結(jié)束運(yùn)行即失敗，另一種情況block仍然繼續(xù)輸出到100即實(shí)驗(yàn)成功，下面代碼說話：

在HLBlockVC類的viewDidLoad方法中加載一個(gè)線程：

__block HLBlockVC *block = [[HLBlockVC alloc]init];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    [block toPrintNum];
});
for (int i = 0; i < 51; i ++) {
    if (i == 50) {
        block = nil;
        NSLog(@"BLOCK WAS NIL");
    }
}

添加toPrintNum方法，此時(shí)單單用weakSelf：

- (void) toPrintNum{
typedef void (^testBlock)();
__weak __typeof(self)weakSelf = self;
testBlock block = ^{        
    for (int i = 0; i < 100; i ++) {
        [weakSelf printNum:i];
    }
};
block();
}

-(void)printNum:(int)number{
NSLog(@"%d",number);
}

2016-12-30 17:02:23.791 blockDemo[8520:343178] 48
2016-12-30 17:02:23.791 blockDemo[8520:343098] BLOCK WILL NIL
2016-12-30 17:02:23.792 blockDemo[8520:343178] 49
2016-12-30 17:02:23.792 blockDemo[8520:343098] BLOCK WILL NIL
2016-12-30 17:02:23.792 blockDemo[8520:343178] 50
2016-12-30 17:02:23.792 blockDemo[8520:343098] BLOCK WAS NIL

代碼很清晰，看上面的打印在循環(huán)到50的時(shí)候block被干掉了，執(zhí)行結(jié)束，weakSelf下沒問題。接下來?yè)Q上weak-strong dance：

- (void) toPrintNum{
typedef void (^testBlock)();
__weak __typeof(self) weakSelf = self;
testBlock block = ^{
    __strong __typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
    
    for (int i = 0; i < 100; i ++) {
        [strongSelf printNum:i];
    }
};
block();
}

2016-12-30 18:03:42.934 blockDemo[8752:353486] 97
2016-12-30 18:03:42.935 blockDemo[8752:353486] 98
2016-12-30 18:03:42.935 blockDemo[8752:353486] 99

通過打印的數(shù)據(jù)可以看出__strong已經(jīng)安全的保護(hù)了block中的weakSelf使之運(yùn)行至block結(jié)束?？梢哉fweak-strong dance是一種強(qiáng)引用 --> 弱引用 --> 強(qiáng)引用的變換過程，可能會(huì)被誤解為繞了一圈什么都沒做，其實(shí)不然，前者的強(qiáng)變?nèi)跏菫榱舜蚱崎]環(huán)的僵局，后者弱變強(qiáng)是為了block能夠一直持有弱引用的對(duì)象生命，而strongSelf是一個(gè)自動(dòng)變量會(huì)在函數(shù)執(zhí)行完釋放。

5、寫在最后

回想一下或許很多時(shí)候我們遇到的問題很小，確實(shí)，就像文中的weak-strong dance，小到我們連遇到他犯錯(cuò)的機(jī)會(huì)都甚少，但堅(jiān)持把小事做透、以小見大方能防微杜漸，步步為營(yíng)！

夜深人靜，除了鍵盤聲，就是耳機(jī)里傳來的歌聲【旅行團(tuán)--生命是場(chǎng)馬拉松】夾雜著深夜瑣碎的思緒，希望每一次發(fā)文都是對(duì)自己的一次洗禮。最后，晚安。