文章結(jié)構(gòu)
1.內(nèi)存管理的基本規(guī)則
2.autoreleasePool
3.ARC管理方法3.1 ARC 引入的四個ownership qualifiers
3.2 Property(屬性)與ownership qualifier
4.防止內(nèi)存泄漏編程注意事項
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一、內(nèi)存管理的基本規(guī)則
在Objective-C的內(nèi)存管理中，其實就是引用計數(shù)(reference count)的管理。內(nèi)存管理就是在程序需要時程序員分配一段內(nèi)存空間，而當(dāng)使用完之后將它釋放。如果程序員對內(nèi)存資源使用不當(dāng)，有時不僅會造成內(nèi)存資源浪費，甚至?xí)?dǎo)致程序crach。我們將會從引用計數(shù)和內(nèi)存管理規(guī)則等基本概念開始，然后講述有哪些內(nèi)存管理方法，最后注意有哪些常見內(nèi)存問題。
1.1 引用計數(shù)(Reference Count)
為了解釋引用計數(shù)，我們做一個類比：員工在辦公室使用燈的情景。
- 當(dāng)第一個人進(jìn)入辦公室時，他需要使用燈，于是開燈，引用計數(shù)為1
- 當(dāng)另一個人進(jìn)入辦公室時，他也需要燈，引用計數(shù)為2；每當(dāng)多一個人進(jìn)入辦公室時，引用計數(shù)加1
- 當(dāng)有一個人離開辦公室時，引用計數(shù)減1，當(dāng)引用計數(shù)為0時，也就是最后一個人離開辦公室時，他不再需要使用燈，關(guān)燈離開辦公室。
形象點的可以這樣解釋，從底層的實現(xiàn)來講就是一個class 結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部有個值(也就是下圖所說的retain count)記錄了對象擁有者(ownship)的個數(shù)，當(dāng)計數(shù)值為0時，系統(tǒng)將自動釋放這個對象占用的內(nèi)存空間。
1.2 內(nèi)存管理基本規(guī)則
從上面員工在辦公室使用燈的例子，我們對比一下燈的動作與Objective-C對象的動作有什么相似之處：
| 燈的動作 | Objective-C對象的動作 |
|---|---|
| 開燈 | 創(chuàng)建一個對象并獲取它的所有權(quán)(ownership) |
| 使用燈 | 獲取對象的所有權(quán) |
| 不使用燈 | 放棄對象的所有權(quán) |
| 關(guān)燈 | 釋放對象 |
因為我們是通過引用計數(shù)來管理燈，那么我們也可以通過引用計數(shù)來管理使用Objective-C對象。
而Objective-C對象的動作對應(yīng)有哪些方法以及這些方法對引用計數(shù)有什么影響？
| Objective-C對象的動作 | Objective-C對象的方法 |
|---|---|
| 1. 創(chuàng)建一個對象并獲取它的所有權(quán) | alloc/new/copy/mutableCopy (RC = 1) |
| 2. 獲取對象的所有權(quán) | retain (RC + 1) |
| 3. 放棄對象的所有權(quán) | release (RC - 1) |
| 4. 釋放對象 | dealloc (RC = 0 ，此時會調(diào)用該方法) |
當(dāng)你alloc一個對象objc，此時RC=1；在某個地方你又retain這個對象objc，此時RC加1，也就是RC=2；由于調(diào)用alloc/retain一次，對應(yīng)需要調(diào)用release一次來釋放對象objc，所以你需要release對象objc兩次，此時RC=0；而當(dāng)RC=0時，系統(tǒng)會自動調(diào)用dealloc方法釋放對象。
除了上面所說的alloc/new/copy/mutableCopy/retain這幾種方法可以獲取對象的所有權(quán)(ownship)外，當(dāng)對象被添加到集合對象(array, dictionary, set)中時，集合對象會獲取集合中所有對象的所有權(quán)(RC+1),當(dāng)集合對象釋放時，也會默認(rèn)向集合中所有對象發(fā)送release消息(RC -1)，符合誰創(chuàng)建誰釋放的原則。
注意下以下情況是不會獲取對象的所有權(quán)的：
(1)不使用alloc/new/copy/mutableCopy方法引用的對象將不會獲取對象的擁有權(quán)
- (NSString *)fullName {
NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"%@ %@",
self.firstName, self.lastName];
return string;
}
這個函數(shù)調(diào)用的是NSString的 stringWithFormat并不不滿足內(nèi)存管理基本原則，不會擁有對象的所有權(quán)，所以可以放心的返回。而不用調(diào)用release方法或者autorelease方法。
(2)引用對象指針的地址的方式(they take an argument of type ClassName ** or id *)，不會獲取對象的擁有權(quán)。
這個比較好理解，比如我們常見的error。
NSString *fileName = <#Get a file name#>;
NSError *error;
NSString *string = [[NSString alloc] initWithContentsOfFile:fileName
encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
if (string == nil) {
// Deal with error...
}
// ...
[string release];
二、 Autorelease Pool
在開發(fā)中，我們常常都會使用到局部變量，局部變量一個特點就是當(dāng)它超過作用域時，就會自動釋放。而autorelease pool跟局部變量類似，當(dāng)執(zhí)行代碼超過autorelease pool塊時，所有放在autorelease pool的對象都會自動調(diào)用release。它的工作原理如下：
創(chuàng)建一個
NSAutoreleasePool對象在autorelease pool塊的對象調(diào)用
autorelease方法釋放
NSAutoreleasePool對象
iOS 5/OS X Lion前的(等下會介紹引入ARC的寫法)實例代碼如下：
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// put object into pool
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj autorelease];
[pool drain];
/* 超過autorelease pool作用域范圍時，obj會自動調(diào)用release方法 */
由于放在autorelease pool的對象并不會馬上釋放，如果有大量圖片數(shù)據(jù)放在這里的話，將會導(dǎo)致內(nèi)存不足。
for (int i = 0; i < numberOfImages; i++)
{
/* 處理圖片，例如加載
* 太多autoreleased objects存在
* 由于NSAutoreleasePool對象沒有被釋放
* 在某個時刻，會導(dǎo)致內(nèi)存不足
*/
}
像上面這種情況你就可以這么寫：
for (int i = 0; i < numberOfImages; i++)
{
@autoreleasepool {
/*
*這樣臨時的autoreleased objects就會在autoreleasepool 結(jié)束時釋放達(dá)到最少的內(nèi)存占用。
*/
}
}
二、 ARC管理方法
iOS/OS X內(nèi)存管理方法有兩種：手動引用計數(shù)(Manual Reference Counting)和自動引用計數(shù)(Automatic Reference Counting)。從OS X Lion和iOS 5開始，不再需要程序員手動調(diào)用retain和release方法來管理Objective-C對象的內(nèi)存，而是引入一種新的內(nèi)存管理機(jī)制Automatic Reference Counting(ARC)，簡單來說，它讓編譯器來代替程序員來自動加入retain和release方法來持有和放棄對象的所有權(quán)。
在ARC內(nèi)存管理機(jī)制中，id和其他對象類型變量必須是以下四個ownership qualifiers其中一個來修飾：
- __strong(默認(rèn)，如果不指定其他，編譯器就默認(rèn)加入)
- __weak
- __unsafe_unretained
- __autoreleasing
比方說下面這段程序
NSError *error;
BOOL OK = [myObject performOperationWithError:&error];
if (!OK) {
// Report the error.
// ...
開啟ARC經(jīng)過編譯器處理后將會變成下面這樣：
NSError * __strong error;
NSError * __autoreleasing tmp = error;
BOOL OK = [myObject performOperationWithError:&tmp];
error = tmp;
if (!OK) {
// Report the error.
// ...
接下來看幾個例子：
2.1 __strong ownership qualifier
如果變量var被__strong修飾，當(dāng)變量var指向某個對象objc，那么變量var持有某個對象objc的所有權(quán)
如果我想創(chuàng)建一個字符串，使用完之后將它釋放調(diào)用，使用MRC管理內(nèi)存的寫法應(yīng)該是這樣：
{
NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"]; //@"Hello, world"對象的RC=1
NSLog(@"%@", text);
[text release]; //@"Hello, world"對象的RC=0
}
而如果是使用ARC方式的話，就text對象無需調(diào)用release方法，而是當(dāng)text變量超過作用域時，編譯器來自動加入[text release]方法來釋放內(nèi)存
{
NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"]; //@"Hello, world"對象的RC=1
NSLog(@"%@", text);
}
/*
* 當(dāng)text超過作用域時，@"Hello, world"對象會自動釋放，RC=0
*/
而當(dāng)你將text賦值給其他變量anotherText時，MRC需要retain一下來持有所有權(quán)，當(dāng)text和anotherText使用完之后，各個調(diào)用release方法來釋放。
{
NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"]; //@"Hello, world"對象的RC=1
NSLog(@"%@", text);
NSString *anotherText = text; //@"Hello, world"對象的RC=1
[anotherText retain]; //@"Hello, world"對象的RC=2
NSLog(@"%@", anotherText);
[text release]; //@"Hello, world"對象的RC=1
[anotherText release]; //@"Hello, world"對象的RC=0
}
而使用ARC的話，并不需要調(diào)用retain和release方法來持有跟釋放對象。
{
NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"]; //@"Hello, world"對象的RC=1
NSLog(@"%@", text);
NSString *anotherText = text; //@"Hello, world"對象的RC=2
NSLog(@"%@", anotherText);
}
/*
* 當(dāng)text和anotherText超過作用域時，會自動調(diào)用[text release]和[anotherText release]方法， @"Hello, world"對象的RC=0
*/
除了當(dāng)__strong變量超過作用域時，編譯器會自動加入release語句來釋放內(nèi)存，如果你將__strong變量重新賦給它其他值，那么編譯器也會自動加入release語句來釋放變量指向之前的對象。例如：
{
NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, world"]; //@"Hello, world"對象的RC=1
NSString *anotherText = text; //@"Hello, world"對象的RC=2
NSString *anotherText = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Sam Lau"]; // 由于anotherText對象引用另一個對象@"Sam Lau"，那么就會自動調(diào)用[anotherText release]方法，使得@"Hello, world"對象的RC=1, @"Sam Lau"對象的RC=1
}
/*
* 當(dāng)text和anotherText超過作用域時，會自動調(diào)用[text release]和[anotherText release]方法，
* @"Hello, world"對象的RC=0和@"Sam Lau"對象的RC=0
*/
前面已經(jīng)提過內(nèi)存管理的四條規(guī)則：
| Objective-C對象的動作 | Objective-C對象的方法 |
|---|---|
| 1. 創(chuàng)建一個對象并獲取它的所有權(quán) | alloc/new/copy/mutableCopy (RC = 1) |
| 2. 獲取對象的所有權(quán) | retain (RC + 1) |
| 3. 放棄對象的所有權(quán) | release (RC - 1) |
| 4. 釋放對象 | dealloc (RC = 0 ，此時會調(diào)用該方法) |
我們總結(jié)一下編譯器是按以下方法來實現(xiàn)的：
- 對于規(guī)則1和規(guī)則2，是通過
__strong變量來實現(xiàn)， - 對于規(guī)則3來說，當(dāng)變量超過它的作用域或被賦值或成員變量被丟棄時就能實現(xiàn)
- 對于規(guī)則4，當(dāng)
RC=0時，系統(tǒng)就會自動調(diào)用
2.2 __weak ownership qualifier
其實編譯器根據(jù)__strong修飾符來管理對象內(nèi)存。但是__strong并不能解決引用循環(huán)(Reference Cycle)問題：對象A持有對象B，反過來，對象B持有對象A；這樣會導(dǎo)致不能釋放內(nèi)存造成內(nèi)存泄露問題。
舉一個簡單的例子，有一個類Test有個屬性objc，有兩個對象test1和test2的屬性objc互相引用test1和test2：
@interface Test : NSObject
@property (strong, nonatomic) id objc;
@end
{
Test *test1 = [Test new]; /* 對象a */
/* test1有一個強(qiáng)引用到對象a */
Test *test2 = [Test new]; /* 對象b */
/* test2有一個強(qiáng)引用到對象b */
test1.objc = test2; /* 對象a的成員變量objc有一個強(qiáng)引用到對象b */
test2.objc = test1; /* 對象b的成員變量objc有一個強(qiáng)引用到對象a */
}
/* 當(dāng)變量test1超過它作用域時，它指向a對象會自動release
* 當(dāng)變量test2超過它作用域時，它指向b對象會自動release
*
* 此時，b對象的objc成員變量仍持有一個強(qiáng)引用到對象a
* 此時，a對象的objc成員變量仍持有一個強(qiáng)引用到對象b
* 于是發(fā)生內(nèi)存泄露
*/
如何解決？于是我們引用一個__weakownership qualifier，被它修飾的變量都不持有對象的所有權(quán)，而且當(dāng)變量指向的對象的RC為0時，變量設(shè)置為nil。例如：
__weak NSString *text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Sam Lau"];
NSLog(@"%@", text);
由于text變量被__weak修飾，text并不持有@"Sam Lau"對象的所有權(quán)，@"Sam Lau"對象一創(chuàng)建就馬上被釋放，并且編譯器給出警告??，所以打印結(jié)果為(null)。
所以，針對剛才的引用循環(huán)問題，只需要將Test類的屬性objc設(shè)置weak修飾符，那么就能解決。
@interface Test : NSObject
@property (weak, nonatomic) id objc;//修改成weak修飾符
@end
以及我們常用的block防止內(nèi)存泄漏也可以使用__weak 修飾符，引用官方給的例子如下：
MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
MyViewController * __weak weakMyController = myController;
myController.completionHandler = ^(NSInteger result) {
MyViewController *strongMyController = weakMyController;
if (strongMyController) {
// ...
[strongMyController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
// ...
}
else {
// Probably nothing...
}
};
2.3 __unsafe_unretained ownership qualifier
__unsafe_unretained ownership qualifier，正如名字所示，它是不安全的。它跟__weak相似，被它修飾的變量都不持有對象的所有權(quán)，但當(dāng)變量指向的對象的RC為0時，變量并不設(shè)置為nil，而是繼續(xù)保存對象的地址；這樣的話，對象有可能已經(jīng)釋放，但繼續(xù)訪問，就會造成非法訪問(Invalid Access)。例子如下：
__unsafe_unretained id obj0 = nil;
{
id obj1 = [[NSObject alloc] init]; // 對象A
/* 由于obj1是強(qiáng)引用，所以obj1持有對象A的所有權(quán)，對象A的RC=1 */
obj0 = obj1;
/* 由于obj0是__unsafe_unretained，它不持有對象A的所有權(quán)，但能夠引用它，對象A的RC=1 */
NSLog(@"A: %@", obj0);
}
/* 當(dāng)obj1超過它的作用域時，它指向的對象A將會自動釋放 */
NSLog(@"B: %@", obj0);
/* 由于obj0是__unsafe_unretained，當(dāng)它指向的對象RC=0時，它會繼續(xù)保存對象的地址，所以兩個地址相同 */
打印結(jié)果是內(nèi)存地址相同：
如果將__unsafe_unretained改為weak的話，兩個打印結(jié)果將不同
__weak id obj0 = nil;
{
id obj1 = [[NSObject alloc] init]; // 對象A
/* 由于obj1是強(qiáng)引用，所以obj1持有對象A的所有權(quán)，對象A的RC=1 */
obj0 = obj1;
/* 由于obj0是__unsafe_unretained，它不持有對象A的所有權(quán)，但能夠引用它，對象A的RC=1 */
NSLog(@"A: %@", obj0);
}
/* 當(dāng)obj1超過它的作用域時，它指向的對象A將會自動釋放 */
NSLog(@"B: %@", obj0);
/* 由于obj0是__weak， 當(dāng)它指向的對象RC=0時，它會自動設(shè)置為nil，所以兩個打印結(jié)果將不同*/
2.4 __autoreleasing ownership qualifier
引入ARC之后，讓我們看看autorelease pool有哪些變化。沒有ARC之前的寫法如下：
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// put object into pool
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj autorelease];
[pool drain];
/* 超過autorelease pool作用域范圍時，obj會自動調(diào)用release方法 */
引入ARC之后，寫法比之前更加簡潔：
@autoreleasepool {
id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
}
相比之前的創(chuàng)建、使用和釋放NSAutoreleasePool對象，現(xiàn)在你只需要將代碼放在@autoreleasepool塊即可。你也不需要調(diào)用autorelease方法了，只需要用__autoreleasing修飾變量即可。
但是我們很少或基本上不使用
autorelease pool。當(dāng)我們使用XCode創(chuàng)建工程后，有一個app的入口文件main.m使用了它：
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
2.4 Property(屬性)與ownership qualifier
有了ARC之后，新的property modifier也被引入到Objective-C類的property，例如：
@property (strong, nonatomic) NSString *text;
下面有張表來展示property modifier與ownership qualifier的對應(yīng)關(guān)系
| Property modifier | Ownership qualifier |
|---|---|
| strong | __strong |
| retain | __strong |
| copy | __strong |
| weak | __weak |
| assign | __unsafe_unretained |
| unsafe_unretained | __unsafe_unretained |
我們先看下當(dāng)我們命名一個屬性為retain 時,然后調(diào)用@synthesize時編譯器將會做什么。引用官方原文如下：
setter方法：
- (void)setCount:(NSNumber *)newCount {
[newCount retain];
[_count release];
// Make the new assignment.
_count = newCount;
}
也就是這里會首先retain新值，然后釋放舊值(舊值RC -1)，然后再賦值新值。
相同的當(dāng)命名一個屬性為copy類型時
setter方法：
- (void)setCount:(NSNumber *)newCount {
[_count release];
// Make the new assignment.
_count = [newCount copy];
}
retain與copy的區(qū)別在于，一個不產(chǎn)生新的對象只是對對象的RC + 1,另一個產(chǎn)生新的對象。
除了上面提到的屬性修飾符外還有atomic (default)、nonatomic、readonly、readwrite。
只能一個線程訪問，線程安全的(相當(dāng)于線程鎖的概念，一個時間段只有一個線程訪問不容易出錯，所以線程安全),低性能 等等
參考文章:
官方文檔Advanced Memory Management Programming Guide
官方文檔Transitioning to ARC Release Notes
官方文檔Memory Management Programming Guide for Core Foundation
官方文檔Transitioning to ARC Release Notes
iOS/OS X內(nèi)存管理(二)：借助工具解決內(nèi)存問題
