Swift底層進階--006:內存管理

強引用

Swift使用ARC管理內存

  • OC創建實例對象,默認引用計數為0
  • Swift創建實例對象,默認引用計數為1
class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
}

var t=LGTeacher()
var t1=t
var t2=t

上述代碼,通過LLDB指令來查看t的引?計數:

查看t的引?計數
輸出的refCounts為什么是0x0000000600000002

通過源碼進行分析,打開HeapObhect.h,看到一個宏

HeapObhect.h

進入SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS宏定義,這里看到refCounts類型是InlineRefCounts

SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS

進入InlineRefCounts定義,它是RefCounts類型的別名

InlineRefCounts

進入RefCounts定義,它是一個模板類。后續邏輯取決于模板參數RefCountBits,也就是上圖中傳入的InlineRefCountBits的類型

RefCounts

進入InlineRefCountBits定義,它是RefCountBitsT類型的別名

InlineRefCountBits

首先確認RefCountIsInline是什么,進入RefCountIsInline定義,本質上是enum,只有truefalse。這里傳入的RefCountIsInline就是true

RefCountIsInline

再進入到RefCountBitsT的定義,里面的成員變量bits,類型為BitsType

RefCountBitsT

bitsRefCountBitsIntType屬性取別名,本質上就是uint64_t類型

RefCountBitsInt

明白了bits是什么,下面就來分析HeapObject的初始化方法,重點看第二個參數refCounts

HeapObject初始化方法

進入Initialized定義,它的本質是一個enum,找到對應的refCounts方法,需要分析一下傳入的RefCountBits(0, 1)到底在做什么

Initialized

進入RefCountBits,還是模板定義,把代碼繼續往下拉...

RefCountBits

在下面找到真正的初始化方法RefCountBitsT,傳入strongExtraCountunownerCount兩個uint32_t類型參數,將這兩個參數根據Offsets進行位移操作

RefCountBitsT

通過源碼分析,最終我們得出這樣?個結論

結論

  • isImmortal(0)
  • UnownedRefCount(1-31):無主引用計數
  • isDeinitingMask(32):是否進行釋放操作
  • StrongExtraRefCount(33-62):強引用計數
  • UseSlowRC(63)

對照上述結論,使用二進制查看refCounts輸出的0x0000000600000002

二進制查看refCounts

  • 1-31位是UnownedRefCount無主引用計數
  • 33-62位是StrongExtraRefCount強引用計數

通過SIL代碼,分析t的引用計數,當t賦值給t1t2時,觸發了copy_addr

SIL

查看SIL文檔,copy_addr內部又觸發了strong_retain

copy_addr

回到源碼,來到strong_retain的定義,它其實就是swift_retain,其內部是一個宏定義CALL_IMPL,調用的是_swift_retain_,然后在_swift_retain_內部又調用了object->refCounts.increment(1)

strong_retain

進入increment方法,里面的newbits是模板函數,其實就是64位整形。這里我們發現incrementStrongExtraRefCount方法點不進去,因為編譯器不知道RefCountBits目前是什么類型

increment方法

我們需要回到HeapObject,從InlineRefCounts進入,找到incrementStrongExtraRefCount方法

image.png
通過BitsType方法將inc類型轉換為uint64_t,通過Offsets偏移StrongExtraRefCountShift,等同于1<<33,十進制的1左移33位,再轉換為十六進制,得到結果0x200000000。故此上述代碼相當于bits += 0x200000000,左移33位后,在33-62位上,強引用計數+1

上述源碼分析中,多次看到C++的模板定義,其目是為了更好的抽象,實現代碼重用機制的一種工具。它可以實現類型參數化,即把類型定義為參數, 從而實現真正的代碼可重用性。模版可以分為兩類,一個是函數模版,另外一個是類模版。

通過CFGetRetainCount查看引用計數

class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
}

var t=LGTeacher()
print(CFGetRetainCount(t))

var t1=t
print(CFGetRetainCount(t))

var t2=t
print(CFGetRetainCount(t))

//輸出以下內容:
//2
//3
//4

上述代碼中,原本t的引用計數為3,使用CFGetRetainCount方法會導致t的引用計數+1

弱引用
class LGTeacher{
    var age: Int = 18
    var name: String = "Zang"
    var stu: LGStudent?
}

class LGStudent {
    var age = 20
    var teacher: LGTeacher?
}

func test(){
    var t=LGTeacher()
    weak var t1=t
    print(CFGetRetainCount(t))
}

test()

//輸出以下內容:
//2

上述代碼,t創建實例對象引用計數默認為1,使用CFGetRetainCount查看引用計數+1,打印結果為2。顯然將t賦值給使用weak修飾的t1,并沒有增加t的強引用計數

通過LLDB指令來查看t的引?計數:

查看`t`的引?計數
t賦值給weak修飾的t1,查看refCounts打印出奇怪的地址

通過LLDB指令來查看t1

查看t1
使用weak修飾的t1變成了Optional可選類型,因為當t被銷毀時,t1會被置為nil,所以weak修飾的變量必須為可選類型

通過斷點查看匯編代碼,發現定義weak變量,會調用swift_weakInit函數

查看匯編代碼

通過源碼進行分析,找到swift_weakInit函數,這個函數由WeakReference調用,相當于weak字段在編譯器聲明過程中自定義了一個WeakReference對象,目的在于管理弱引用。在swift_weakInit函數內部調用了ref->nativeInit(value), 其中value就是HeapObject

swift_weakInit

進入nativeInit方法,判斷object不為空,調用formWeakReference

nativeInit

進入formWeakReference方法,首先通過allocateSideTable方法創建SideTable,如果創建成功,調用incrementWeak

formWeakReference

進入allocateSideTable方法,先通過refCounts拿到原有的引用計數,再通過getHeapObject創建SideTable,將地址傳入InlineRefCountBits方法

allocateSideTable

進入InlineRefCountBits方法,將參數SideTable的地址,直接進行偏移,然后存儲到內存中,相當于將SideTable直接存儲到uint64_t的變量中

InlineRefCountBits

之前查看trefCounts,打印出0xc0000000200d1d6e這串奇怪的地址,去掉62位63位保留字段,剩余的就是偏移后的HeapObjectSideTableEntry實例對象的內存地址,即散列表的地址

二進制查看refCounts

回到源碼分析,進入HeapObjectSideTableEntry定義,里面有object對象和refCountsrefCounts是一個SideTableRefCounts類型

HeapObjectSideTableEntry

進入SideTableRefCounts定義,它是RefCounts類型的別名,和之前分析的InlineRefCountBits類似,后續邏輯取決于模板參數的傳入,這里傳入的是SideTableRefCountBits類型

SideTableRefCounts

進入SideTableRefCountBits定義,它繼承于RefCountBitsT

SideTableRefCountBits
RefCountBitsT存儲的是uint64_t類型的64位的信息,用于記錄原有引用計數。除此之外SideTableRefCountBits自身還有一個uint32_tweakBits,用于記錄弱引用計數

還原散列表地址,查看弱引用refCounts

  • 0xc0000000200d1d6e地址62位63位的保留字段清零,得到地址0x200D1D6E
  • 0x200D1D6E左移3位,還原成HeapObjectSideTableEntry對象地址0x10068EB70,也就是散列表地址
  • 通過x/8g讀取地址0x10068EB70
    查看弱引用refCounts
循環引用
案例1:

閉包捕獲外部變量

var age = 10

let clourse = {
    age += 1
}

clourse()
print(age)

//輸出以下內容:
//11

從輸出結果來看, 閉包內部對變量的修改將會改變外部原始變量的值,因為閉包會捕獲外部變量,這個與OC中的block一致

案例2:

deinit反初始化器

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){
    var t = LGTeacher()
}

test()

//輸出以下內容:
//LGTeacher deinit

test函數里的局部變量t被銷毀時,會執行反初始化器deinit方法,這個與OC中的dealloc一致

案例3:

閉包修改實例變量的值,閉包能否對t造成強引用?

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){

    var t = LGTeacher()

    let closure = {
        t.age += 1
    }

    closure()
    print("age:\(t.age)")
}

test()

//輸出以下內容:
//age:19
//LGTeacher deinit

從輸出結果來看, 閉包對t并沒有造成強引用

案例4

案例3進行修改,在LGTeacher類里定義閉包類型屬性completionBlock,在test函數內,調用t.completionBlock閉包,內部修改t.age屬性,這樣能否對t造成強引用?

class LGTeacher{
    
    var age = 18
    var completionBlock: (() ->())?
    
    deinit{
        print("LGTeacher deinit")
    }
}

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = {
        t.age += 1
    }

    print("age:\(t.age)")
}

test()

//輸出以下內容:
//age:18

從輸出結果來看,這里產生了循環引用,沒有執行deinit方法,也沒有打印LGTeacher deinit。因為實例變量t的釋放,需要等待completionBlock閉包的作用域釋放,但閉包又被實例對象強引用,造成循環引用,t對象無法被釋放

案例5

案例4中循環引用的兩種解決方法

1、使用weak修飾閉包傳入的參數,參數的類型是Optional可選類型

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = { [weak t] in
        t?.age += 1
    }

    print("age:\(t.age)")
}

//輸出以下內容:
//age:18
//LGTeacher deinit

2、使用unowned修飾閉包參數,與weak的區別在于unowned不允許被設置為nil,在運行期間假定它是有值的,所以使用unowned修飾要注意野指針的情況

func test(){

    var t = LGTeacher()

    t.completionBlock = { [unowned t] in
        t.age += 1
    }

    print("age:\(t.age)")
}

//輸出以下內容:
//age:18
//LGTeacher deinit
捕獲列表

[unowned t][weak t]Swift中叫做捕獲列表

  • 捕獲列表的定義在參數列表之前
  • 書寫形式:??括號括起來的表達式列表
  • 如果使?捕獲列表,即使省略參數名稱、參數類型和返回類型,也必須使?in關鍵字
  • [weak t]就是獲取t的弱引用對象,相當于OC中的weakself
var age = 0
var height = 0.0

let closure = { [age] in
    print(age)
    print(height)
}

age = 10
height = 1.85

closure()

//輸出以下內容:
//0
//1.85

上述代碼中,捕獲列表的age是常量,并且進行了值拷貝。對于捕獲列表中的每個常量,閉包會利?周圍范圍內具有相同名稱的常量或變量,來初始化捕獲列表中定義的常量。

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