autorelease的本質(zhì)
autorelease對象什么時候釋放？
autoreleasepool的工作原理
autoreleasepool的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
autoreleasepool的嵌套
autoreleasePoolPage
NSThread、NSRunLoop 和 NSAutoreleasePool三者之間的關(guān)系
其他autorelease相關(guān)知識點
面試題
參考文章

autorelease的本質(zhì)

autorelease本質(zhì)上就是延遲調(diào)用release方法
MRC環(huán)境，通過調(diào)用[obj autorelease]來延遲內(nèi)存的釋放
ARC環(huán)境，甚至可以完全不知道autorelease也能管理好內(nèi)存

autorelease對象什么時候釋放？

實驗環(huán)境

ARC
測試機型：iPhone 4S模擬器，
注意：在蘋果一些新的硬件設(shè)備上，本實驗的結(jié)果已經(jīng)不再成立

__weak NSString *_weakStr = nil;
- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];

    // 場景 1
    NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"yanhoo"];
    _weakStr = string;

    // 場景 2
//    @autoreleasepool {
//        NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"yanhoo"];
//        _weakStr = string;
//    }

    // 場景 3
//    NSString *string = nil;
//    @autoreleasepool {
//        string = [NSString stringWithFormat:@"yanhoo"];
//        _weakStr = string;
//    }

    NSLog(@"string1: %@", _weakStr);
}

- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated 
{
    [super viewWillAppear:animated];

    NSLog(@"string2: %@", _weakStr);
}

- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated 
{
    [super viewDidAppear:animated];

    NSLog(@"string3: %@", _weakStr);
}

測試結(jié)果

場景1
2016-08-19 01:30:01.686 test[8866:554553] string1: yanhoo
2016-08-19 01:30:01.687 test[8866:554553] string2: yanhoo
2016-08-19 01:30:01.695 test[8866:554553] string3: (null)

場景2
2016-08-19 01:32:07.020 test[8886:556042] string1: (null)
2016-08-19 01:32:07.021 test[8886:556042] string2: (null)
2016-08-19 01:32:07.032 test[8886:556042] string3: (null)

場景3
2016-08-19 01:32:57.038 test[8900:557349] string1: yanhoo
2016-08-19 01:32:57.038 test[8900:557349] string2: (null)
2016-08-19 01:32:57.048 test[8900:557349] string3: (null)

分析

首先來了解下__weak修飾符
- 不會影響所指向?qū)ο蟮纳芷冢矗菏褂?code>__weak修飾的變量不會導(dǎo)致所引用的對象的引用計數(shù)+1
- 當__weak修飾的變量所指向的對象被釋放時，__weak修飾的變量的值會被置為nil，不存在野指針問題
場景1分析
- 當使用[NSString stringWithFormat:@"yanhoo"]創(chuàng)建一個autorelease對象時，這個對象的引用計數(shù)為1，并且這個對象被系統(tǒng)自動添加到了最近的 autoreleasepool中
- 當使用局部變量string（在 ARC 下不指定變量所有權(quán)修飾符的情況下，默認為__strong）指向這個對象時，這個對象的引用計數(shù) +1 ，變成了 2
- 所以在viewDidLoad方法返回之前，這個對象是一直存在的，且引用計數(shù)為2
- 當viewDidLoad方法返回之后，局部變量 string被回收，其所指向?qū)ο蟮囊糜嫈?shù) -1 ，變成了1
- 在viewWillAppear方法中，我們?nèi)匀豢梢源蛴〕鲞@個對象的值，說明這個對象并沒有被釋放，說明到此autoreleasepool還未釋放，從而導(dǎo)致autorelease對象未釋放，因為只有當這個autoreleasepool自身被drain的時候，autoreleasepool中的 autoreleased 對象才會被 release掉
- 在viewDidAppear中再打印這個對象的時候，對象的值變成了 nil，說明此時autoreleased對象已經(jīng)被釋放了，可以大膽猜測autoreleasepool一定在viewWillAppear和 viewDidAppear方法之間的某個時候被drain了
場景2和場景3請讀者自行分析，這里就不再啰嗦了
可以通過lldb的watchpoint命令來觀察，具體參考這篇文章
總結(jié)
- 場景1出現(xiàn)得最多，就是不需要我們手動添加@autoreleasepool {}的情況，直接使用系統(tǒng)維護的autoreleasepool；
- 場景2就是需要我們手動添加@autoreleasepool {}的情況，手動干預(yù) autoreleased對象的釋放時機，在一些很耗內(nèi)存的循環(huán)調(diào)用的場景下有時需要手動干預(yù)autoreleased 對象的釋放時機，不然會導(dǎo)致內(nèi)存暴增，最終導(dǎo)致程序奔潰；
- 場景3是為了區(qū)別于場景2而引入的，在這種場景下并不能達到出了@autoreleasepool {}的作用域時autoreleased 對象被釋放的目的

autoreleasepool的工作原理

ARC環(huán)境下，@autoreleasepool{ }被編譯器編譯后，生成如下代碼（以下代碼是簡化版）

// push
void *poolToken = objc_autoreleasePoolPush();

// 這中間為寫在{...}中的代碼

// pop
objc_autoreleasePoolPop(poolToken);

在運行循環(huán)開始前，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建一個autoreleasepool(一個autoreleasepool會存在多個AutoreleasePoolPage)，此時會調(diào)用一次objc_autoreleasePoolPush函數(shù)，runtime會向當前的AutoreleasePoolPage中add進一個POOL_SENTINEL（哨兵對象，值為0，也就是個nil，代表autoreleasepool的起始邊界），并返回此哨兵對象的內(nèi)存地址poolToken
在運行循環(huán)結(jié)束時，autoreleasepool會被drain掉，此時會調(diào)用objc_autoreleasePoolPop(poolToken)函數(shù)，入?yún)⑹侵爱a(chǎn)生的POOL_SENTINEL的內(nèi)存地址poolToken，對在POOL_SENTINEL之后添加的所有autoreleased對象調(diào)用一次release，可以向前跨越若干個page，直到哨兵對象所在的page，并向回移動next指針到哨兵對象所在位置
中間{...}所產(chǎn)生的autoreleased對象都會被插入到最近的autoreleasepool中（因為autoreleasepool存在嵌套的情況）
單個autoreleasepool的運行過程可以簡單地理解為以下三個過程
- objc_autoreleasePoolPush()
  - objc_autoreleasePoolPush()本質(zhì)上就是調(diào)用的 AutoreleasePoolPage的push函數(shù)，如下所示
```
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    if (UseGC) return nil;
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
```
  - 每執(zhí)行一次push操作就會新建一個autoreleasepool，對應(yīng)的具體實現(xiàn)就是往AutoreleasePoolPage中的next位置插入一個POOL_SENTINEL，并且返回插入的POOL_SENTINEL的內(nèi)存地址poolToken，這個地址在執(zhí)行pop操作的時候作為函數(shù)的入?yún)ⅲ旅媸茿utoreleasePoolPage的push函數(shù)代碼
```
static inline void *push()
{
    id *dest = autoreleaseFast(POOL_SENTINEL);
    assert(*dest == POOL_SENTINEL);
    return dest;
}
```
  - push 函數(shù)通過調(diào)autoreleaseFast函數(shù)來執(zhí)行具體的插入操作
```
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    if (page && !page->full()) {// 當前 page 存在且沒有滿時，直接將對象添加到當前 page 中，即 next 指向的位置
        return page->add(obj);
    } else if (page) {// 當前 page 存在且已滿時，創(chuàng)建一個新的 page ，并將對象添加到新創(chuàng)建的 page 中
        return autoreleaseFullPage(obj, page);
    } else {// 當前 page 不存在時，即還沒有 page 時，創(chuàng)建第一個 page ，并將對象添加到新創(chuàng)建的 page 中
        return autoreleaseNoPage(obj);
    }
}
```
- [對象 autorelease]
  - 本質(zhì)上就是調(diào)用AutoreleasePoolPage的autorelease函數(shù)
```
__attribute__((noinline,used))
id
objc_object::rootAutorelease2()
{
    assert(!isTaggedPointer());
    return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}
```
  - AutoreleasePoolPage 的 autorelease 函數(shù)的實現(xiàn)對我們來說就比較好理解了，它跟 push 操作的實現(xiàn)非常相似。只不過 push 操作插入的是一個 POOL_SENTINEL ，而 autorelease 操作插入的是一個具體的 autoreleased 對象
```
static inline id autorelease(id obj)
{
    assert(obj);
    assert(!obj->isTaggedPointer());
    id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
    assert(!dest  ||  *dest == obj);
    return obj;
}
```
- objc_autoreleasePoolPop(poolToken)
  - objc_autoreleasePoolPop(poolToken) 函數(shù)本質(zhì)上也是調(diào)用的AutoreleasePoolPage的 pop 函數(shù)
```
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    if (UseGC) return;

    // fixme rdar://9167170
    if (!ctxt) return;

    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
```
  - pop 函數(shù)的入?yún)⒕褪?push 函數(shù)的返回值，也就是 POOL_SENTINEL 的內(nèi)存地址poolToken。當執(zhí)行pop操作時，在POOL_SENTINEL內(nèi)存地址在之后添加的所有autoreleased 對象都會被release，可以向前跨越若干個page，直到哨兵對象所在的page，并向回移動next指針到哨兵對象所在位置

autoreleasepool的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

autoreleasepool本質(zhì)上就是一個指針堆棧
指針堆棧中存放的是autoreleased對象的內(nèi)存地址或者 POOL_SENTINEL的內(nèi)存地址
內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由若干個以page為結(jié)點的雙向鏈表組成，系統(tǒng)會在需要的時候動態(tài)地增加或刪除page節(jié)點，這里說的page就是下面即將說到的AutoreleasePoolPage對象

autoreleasepool的嵌套

每產(chǎn)生一個autoreleasePool，就會產(chǎn)生一個哨兵對象，作為pool的邊界
pool的嵌套其實就是產(chǎn)生多個哨兵對象而已
pop的時候可以向前跨越若干個page，直到指定哨兵對象所在的page為止

AutoreleasePoolPage

一個空的 AutoreleasePoolPage 的內(nèi)存結(jié)構(gòu)如下圖所示：

AutoreleasePoolPage.png
- magic用來校驗AutoreleasePoolPage的結(jié)構(gòu)是否完整；
- next指向下一個即將產(chǎn)生的autoreleased對象的存放位置（當next == begin()時，表示AutoreleasePoolPage為空；當next == end()時，表示AutoreleasePoolPage已滿）
- thread指向當前線程，一個AutoreleasePoolPage只會對應(yīng)一個線程，但一個線程可以對應(yīng)多個AutoreleasePoolPage；
- parent指向父結(jié)點，第一個結(jié)點的 parent 值為 nil；
- child指向子結(jié)點，最后一個結(jié)點的 child 值為 nil；
- depth代表深度，第一個page的depth為0，往后每遞增一個page，depth會加1；
- hiwat代表 high water mark
前面所說的autoreleasepool的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由若干個以AutoreleasePoolPage為結(jié)點的雙向鏈表組成，這個雙向鏈表就是通過上述結(jié)構(gòu)中的parent指針和child指針連接起來的
每個AutoreleasePoolPage對象會開辟4KB內(nèi)存（也就是虛擬內(nèi)存一頁的大小），除了上面的實例變量所占空間，剩下的空間全部用來儲存autoreleased對象的內(nèi)存地址
一個page的空間被占滿時，會新建一個page，通過parent指針和child指針連接鏈表，之后的autoreleased對象會加入到新建的page中

NSThread、NSRunLoop 和 NSAutoreleasePool三者之間的關(guān)系

NSThread 和 NSRunLoop是一一對應(yīng)的關(guān)系
在NSRunLoop對象的每個運行循環(huán)（event loop）開始前，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建一個autoreleasepool，并在運行循環(huán)（event loop）結(jié)束時drain掉這個pool，同時釋放所有autoreleased對象
autoreleasepool只會對應(yīng)一個線程，每個線程可能會對應(yīng)多個autoreleasepool，比如autoreleasepool嵌套的情況

Autorelease返回值的快速釋放機制

ARC下，runtime有一套對autorelease返回值的優(yōu)化策略
通過objc_autoreleaseReturnValue和objc_retainAutoreleasedReturnValue的配合使用可以達到最優(yōu)化程序運行的目的
Thread Local Storage（TLS）線程局部存儲，在返回值返回前調(diào)用objc_autoreleaseReturnValue方法時，runtime會將這個返回值儲存在TLS中，然后直接返回返回值（不調(diào)用autorelease），
在外部接收這個返回值時通過調(diào)用objc_retainAutoreleasedReturnValue發(fā)現(xiàn)TLS中已存在這個返回值，就直接返回（不調(diào)用retain），免去了對返回值的內(nèi)存管理，達到優(yōu)化目的

其他Autorelease相關(guān)知識點

使用容器的block版本的枚舉器時，內(nèi)部會自動添加一個autoreleasePool

[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop) 
{ 
      // 這里被一個局部@autoreleasepool{ }包圍著
}];

普通for循環(huán)和for in循環(huán)中沒有，所以，還是新版的block版本枚舉器更加方便，但是性能還是for in循環(huán)最高
下面三種情況是需要我們手動添加autoreleasepool
- 如果你編寫的程序不是基于 UI 框架的，比如：命令行工具；
- for循環(huán)中遍歷產(chǎn)生大量autorelease變量時，就需要手動添加加局部autoreleasePool來進行手動干預(yù)
- 如果你創(chuàng)建了一個子線程，一般會自定義繼承自NSOperation的操作，在main方法中要加上@autoreleasepool{...}，這段代碼是在子線程上執(zhí)行是無法訪問主線程的自動釋放池的，所以得自己創(chuàng)建
```
- (void)main
{
    // 自己創(chuàng)建自動釋放池，如果這段代碼是在子線程上執(zhí)行是無法訪問主線程的自動釋放池的，所以得自己創(chuàng)建
    @autoreleasepool
    {
        // 代碼邏輯
    }
}
```

面試題

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