autoreleasepool探究

引言

開始之前先看一段代碼，猜猜輸出結(jié)果是什么？

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        __weak id refStr1 = nil;
        __weak id refStr2 = nil;
        @autoreleasepool {
            NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello"];
            refStr1 = str;
            refStr2 = [str stringByAppendingString:@" world"];
        }
        NSLog(@"refStr1:%@",refStr1);
        NSLog(@"refStr2:%@",refStr2);
    }
    return 0;
}

測(cè)試輸出結(jié)果如下：

refStr1:hello
refStr2:(null)

refStr1為何不是空，不合常理啊！難道我所理解的自動(dòng)釋放池是錯(cuò)的！autoreleasepool到底做了什么？

autoreleasepool探究

我們知道自動(dòng)釋放池用于存放那些稍后在某個(gè)時(shí)刻需要釋放的對(duì)象，清空自動(dòng)釋放池，會(huì)向其中的對(duì)象發(fā)送release消息，釋放對(duì)象。上面測(cè)試中refStr1是個(gè)弱引用，不會(huì)遞增str引用計(jì)數(shù)，autoreleasepool作用域結(jié)束后，str應(yīng)該釋放，但refStr1仍會(huì)輸出"hello"。難道str沒有被釋放？str有沒有被加入到自動(dòng)釋放池中？autoreleasepool本質(zhì)又是什么？
使用clang命令轉(zhuǎn)化為C++代碼，如果當(dāng)前環(huán)境不支持weak引用，可將weak聲明改為__unsafe_unretained后再執(zhí)行轉(zhuǎn)換，__unsafe_unretained也不會(huì)增加對(duì)象的引用計(jì)數(shù)，但所指向的對(duì)象釋放后，其值不會(huì)置為空，再訪問可能導(dǎo)致意想不到的錯(cuò)誤

 clang -rewrite-objc main.m

找到main入口函數(shù)

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;

        __attribute__((objc_ownership(none))) id refStr1 = __null;
        __attribute__((objc_ownership(none))) id refStr2 = __null;


        /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
            NSString *str = ((NSString *(*)(id, SEL, NSString *, ...))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSString"), sel_registerName("stringWithFormat:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_0);
            refStr1 = str;
            refStr2 = ((NSString *(*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)str, sel_registerName("stringByAppendingString:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_1);
        }
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_2,refStr1);
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_1g_jhwq37q510q1d75qmq_bhrfc0000gn_T_main_8dcd7c_mi_3,refStr2);
    }
    return 0;
}

其中@autoreleasepool{}塊被轉(zhuǎn)換成了{(lán)__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;}，那__AtAutoreleasePool又是什么呢？繼續(xù)查找其定義

struct __AtAutoreleasePool {
  __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
  void * atautoreleasepoolobj;
};

__AtAutoreleasePool是個(gè)結(jié)構(gòu)體，定義很簡單，一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，一個(gè)析構(gòu)函數(shù)，一個(gè)指針。其中在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用了objc_autoreleasePoolPush()，在析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用了objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj)。至于atautoreleasepoolobj又是什么東東，下文再說?？梢钥闯鯜autoreleasepool{}其實(shí)等價(jià)于下面代碼

void* pt =objc_autoreleasePoolPush();
//your code
objc_autoreleasePoolPop(pt);

objc_autoreleasePoolPush與objc_autoreleasePoolPop這兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)很簡單，分別調(diào)用了AutoreleasePoolPage的靜態(tài)方法push與pop

void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

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

終于揭開autoreleasepool的神秘面紗，原來AutoreleasePoolPage才是其中的核心，其主要結(jié)構(gòu)如下：

class AutoreleasePoolPage
{
    magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
}

至于AutoreleasePoolPage的具體實(shí)現(xiàn)，在此不再做詳細(xì)介紹，具體可參考sunnyxx《黑幕背后的Autorelease》和Draveness的《自動(dòng)釋放池的前世今生》。這里主要引述其結(jié)論:

  • AutoreleasePool與線程一一對(duì)應(yīng)，結(jié)構(gòu)中的thread指向當(dāng)前線程
  • AutoreleasePoolPage每個(gè)對(duì)象內(nèi)存大小為4096字節(jié)，除了存儲(chǔ)其本身的實(shí)例變量外，剩下的空間用來儲(chǔ)存加入到自動(dòng)釋放池中的對(duì)象的地址
  • AutoreleasePoolPage以雙向鏈表的形式組合，parent指針指向上一個(gè)page，child指針指向下一個(gè)page
  • 每次調(diào)用objc_autoreleasePoolPush時(shí)，會(huì)返回一個(gè)哨兵對(duì)象，也就是上文提到的autoreleasepoolobj，指向當(dāng)前AutoreleasePoolPage中next指針指向的地址。
  • 向一個(gè)對(duì)象發(fā)送autorelease消息，會(huì)把這個(gè)對(duì)象的地址加入到當(dāng)前AutoreleasePoolPage中next指針指向的位置，之后next指針指向新加入對(duì)象的下一位置
  • 一個(gè)AutoreleasePoolPage的空間被占滿時(shí)，會(huì)新建一個(gè)AutoreleasePoolPage對(duì)象，child指針指向新建的page，后來加入到自動(dòng)釋放池中的對(duì)象添加到新的page
  • 自動(dòng)釋放池釋放時(shí)，根據(jù)push時(shí)創(chuàng)建的哨兵對(duì)象，找到對(duì)應(yīng)的自動(dòng)釋放池。從最新加入的對(duì)象一直向前清理(發(fā)送release消息)，可以向前跨越若干個(gè)page，直至哨兵對(duì)象所指向的地址。

AutoreleasePoolPage調(diào)試

了解autoreleasepool的原理后，回到開始的問題，我們的疑惑還沒解決。結(jié)合調(diào)試，來看看到底發(fā)生了生么？調(diào)試需要編譯后objc源碼，有網(wǎng)友已編譯好了，這里下載
修改開始的代碼，輸出refStr1、refStr2地址，便于對(duì)照

@autoreleasepool {
  NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello"];
  refStr1 = str;
  refStr2 = [str stringByAppendingString:@" world"];
  NSLog(@"refStr1=%p,refStr2=%p",refStr1,refStr2);
}

在大括號(hào)結(jié)束前插入斷點(diǎn)，在控制臺(tái)執(zhí)行下面命令

expression AutoreleasePoolPage::hotPage() //獲取當(dāng)前AutoreleasePoolPage指針$0
p *$0 //查看AutoreleasePoolPage結(jié)構(gòu)
p $0->printAll() //輸出AutoreleasePoolPage信息

運(yùn)行結(jié)果如下圖



我們發(fā)現(xiàn)str并沒有被加入到自動(dòng)釋放池中，所以refStr1最后仍能輸出"hello"。為何str沒有被加入到自動(dòng)釋放池中呢？
記得以前在《Effective Objective-C》中看過一段話（在"不要使用retainCount"一節(jié)），當(dāng)時(shí)只做了標(biāo)注，并未深思，至此方有所悟。

  • 系統(tǒng)會(huì)盡可能把NSString實(shí)現(xiàn)成單例對(duì)象，這種對(duì)象的保留及釋放操作都是'空操作'。編譯器會(huì)把NSString對(duì)象所表示的數(shù)據(jù)放到應(yīng)用程序的二進(jìn)制文件里，這樣的話，運(yùn)行程序時(shí)就可以直接使用了，無須再創(chuàng)建NSString對(duì)象。
  • NSNumber也類似，它使用了一種叫做'標(biāo)簽指針'（tagged pointer）的概念來標(biāo)注特定類型的數(shù)值。這種做法不使用NSNumber對(duì)象，而是把與數(shù)值有關(guān)的全部消息都放在指針里面。運(yùn)行期系統(tǒng)會(huì)在消息派發(fā)期間檢測(cè)到這種標(biāo)簽指針，并對(duì)它執(zhí)行相應(yīng)操作，使其行為看上去和真正的NSNumber對(duì)象一樣。這種優(yōu)化只在某些場(chǎng)合使用，同樣是NSNumber對(duì)象，整數(shù)做了優(yōu)化，浮點(diǎn)數(shù)對(duì)象就沒有優(yōu)化。

修改上面代碼，又進(jìn)行了測(cè)試，果然如此！

__weak id refStr1 = nil;
__weak id refStr2 = nil;
__weak id refNum1 = nil;
__weak id refNum2 = nil;
__weak id refObj = nil;
@autoreleasepool {
  NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello"];
  refStr1 = str;
  refStr2 = [str stringByAppendingString:@" world"];

  NSNumber *number1 = [NSNumber numberWithInt:32];
  NSNumber *number2 = [NSNumber numberWithFloat:3.2];
  refNum1 = number1;
  refNum2 = number2;

  NSObject *obj = [NSObject new];
  refObj = obj;
}
NSLog(@"refStr1:%@",refStr1);
NSLog(@"refStr2:%@",refStr2);
NSLog(@"refNum1:%@",refNum1);
NSLog(@"refNum2:%@",refNum2);
NSLog(@"refObj:%@",refObj);

輸出結(jié)果

refStr1:hello
refStr2:(null)
refNum1:32
refNum2:(null)
refObj:(null)

至此，我們解決了開始的疑惑。

結(jié)論

  • autorelease塊在開始和結(jié)束時(shí)，分別調(diào)用了objc_autoreleasePoolPush和objc_autoreleasePoolPop方法
  • 自動(dòng)釋放池功能由AutoreleasePoolPage類實(shí)現(xiàn)，向一個(gè)對(duì)象發(fā)送autorelease消息，會(huì)把對(duì)象對(duì)象加入到當(dāng)前的AutoreleasePoolPage中。
  • 自動(dòng)釋放池清理時(shí)，會(huì)從當(dāng)前最新加入的對(duì)象開始，直至push時(shí)創(chuàng)建的哨兵對(duì)象結(jié)束。
  • NSString和NSNumber部分對(duì)象的保留及釋放操作可能是空操作，釋放時(shí)不會(huì)被加入到自動(dòng)釋放池。

結(jié)語

剛看sunnyxx的《黑幕背后的Autorelease》，感覺甚是深?yuàn)W,不解其義，自己的測(cè)試結(jié)果也與文中開始實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不同，未明白是怎么回事。其實(shí)sunnyxx的文章發(fā)布至今三年多都過去了，蘋果說不一定已做了優(yōu)化。其測(cè)試環(huán)境是真機(jī)還是模擬器，也不得而知，不同的測(cè)試環(huán)境，其結(jié)果也可能會(huì)有差異。
后來又讀到Draveness的《自動(dòng)釋放池的前世今生》，學(xué)習(xí)了其中的調(diào)試技巧，結(jié)合調(diào)試、測(cè)試，終于搞明白了autoreleasepool的原理，解決了以前的困惑，但目前所知只是一角。
紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。自己動(dòng)動(dòng)手，你所學(xué)到的遠(yuǎn)比你看到的多！

思考

留個(gè)問題，ref1、ref2分別在什么時(shí)候釋放？
在viewDidLoad方法結(jié)束時(shí)釋放？還是在當(dāng)前RunLoop即將休眠或結(jié)束時(shí)釋放？或者不會(huì)釋放？
諸位怎么看

__weak id ref1;
__weak id ref2;
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSString *str = @"haha";
    ref1 = str;
    NSObject *obj = [NSObject new];
    ref2 = obj;
}
最后編輯于 ：
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
【社區(qū)內(nèi)容提示】社區(qū)部分內(nèi)容疑似由AI輔助生成，瀏覽時(shí)請(qǐng)結(jié)合常識(shí)與多方信息審慎甄別。
平臺(tái)聲明：文章內(nèi)容（如有圖片或視頻亦包括在內(nèi)）由作者上傳并發(fā)布，文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點(diǎn)，簡書系信息發(fā)布平臺(tái)，僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。

相關(guān)閱讀更多精彩內(nèi)容

友情鏈接更多精彩內(nèi)容