昱莹 發表於 2023-1-6 08:55:09

iOS内存管理引用计数示例分析

<div id="navCategory"><h5 class="catalogue">目录</h5><ul class="first_class_ul"><li>内存管理机制</li><ul class="second_class_ul"><li>isa</li><li>SideTable</li></ul></ul></div><p class="maodian"></p><h2>内存管理机制</h2>
<div class="cros igoods"><div class="goodsin" data-img="https://img14.360buyimg.com/pop/jfs/t6586/118/178402578/56244/59c7902e/593acd1cNb1b001a9.jpg" data-name="iOS开发指南 从Hello World到App Store上架 第5版(图灵出品)" data-owner="京东自营" data-price="119" data-tgid="38" data-url="https://union-click.jd.com/jdc?e=&amp;p=JF8BAL4JK1olXDYCV19VDkkSAV9MRANLAjZbERscSkAJHTdNTwcKBlMdBgABFksUAmcOGV4XQl9HCANteioVfWtYXzN1JnhrIicOY05kfG1ATVcZbQEHU1tVCk4UM28LHVwVXAMCZG5dCXtBbW8JGloUXAMGU1ltCXsXBGkLE1wSWQ4HUV9dOEsfB19LTx5BHkVKZG5tC3snM284GGtLMwdRUlxcWx9FbTJaQB4QWURAOl5dCEoTA20BGmsXXAcAVm5t"></div></div>
<p>目前流行的内存管理机制主要有<code>GC</code>和<code>RC</code>两种。</p>
<ul><li><code>GC</code> (Garbage Collection)：垃圾回收机制，定期查找不再使用的对象，释放对象占用的内存。</li><li><code>RC</code> (Reference Counting)：引用计数机制。采用引用计数来管理对象的内存，当需要持有一个对象时，使它的引用计数 +1；当不需要持有一个对象的时候，使它的引用计数 -1；当一个对象的引用计数为 0，该对象就会被销毁。</li></ul>
<p><code>Objective-C</code>支持三种内存管理机制：<code>ARC</code>、<code>MRC</code>和<code>GC</code>，但<code>Objective-C</code>的<code>GC</code>机制有平台局限性，仅限于<code>MacOS</code>开发中，<code>iOS</code>开发用的是<code>RC</code>机制，从<code>MRC</code>到现在的<code>ARC</code>。</p>
<p>一个新创建的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间</p>
<p>调用<code>retain</code>会让OC对象的引用计数+1，调用<code>release</code>会让OC对象的引用计数-1</p>
<p>内存管理的经验总结</p>
<ul><li>当调用<code>alloc</code>、<code>new</code>、<code>copy</code>、<code>mutableCopy</code>方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用<code>release</code>或者<code>autorelease</code>来释放它</li><li>想拥有某个对象，就让它的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让它的引用计数-1</li><li>可以通过以下私有函数来查看自动释放池的情况</li></ul>
<blockquote><p>extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);</p></blockquote>
<p>以上我们对 &ldquo;引用计数&rdquo; 这一概念做了初步了解，Objective-C 中的 &ldquo;对象&rdquo; 通过引用计数功能来管理它的内存生命周期。那么，对象的引用计数是如何存储的呢？它存储在哪个数据结构里？</p>
<p>首先，不得不提一下<code>isa</code>。</p>
<p class="maodian"></p><h3>isa</h3>
<ul><li><code>isa</code>指针用来维护 &ldquo;对象&rdquo; 和 &ldquo;类&rdquo; 之间的关系，并确保对象和类能够通过<code>isa</code>指针找到对应的方法、实例变量、属性、协议等；</li><li>在 arm64 架构之前，<code>isa</code>就是一个普通的指针，直接指向<code>objc_class</code>，存储着<code>Class</code>、<code>Meta-Class</code>对象的内存地址。<code>instance</code>对象的<code>isa</code>指向<code>class</code>对象，<code>class</code>对象的<code>isa</code>指向<code>meta-class</code>对象；</li><li>从 arm64 架构开始，对<code>isa</code>进行了优化，用<code>nonpointer</code>表示，变成了一个共用体（<code>union</code>）结构，还使用位域来存储更多的信息。将 64 位的内存数据分开来存储着很多的东西，其中的 33 位才是拿来存储<code>class</code>、<code>meta-class</code>对象的内存地址信息。要通过位运算将<code>isa</code>的值<code>&amp; ISA_MASK</code>掩码，才能得到<code>class</code>、<code>meta-class</code>对象的内存地址。</li></ul>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">// objc.h
struct objc_object {
    Class isa;// 在 arm64 架构之前
};
// objc-private.h
struct objc_object {
private:
    isa_t isa;// 在 arm64 架构开始
};
union isa_t
{
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if SUPPORT_PACKED_ISA
    // extra_rc must be the MSB-most field (so it matches carry/overflow flags)
    // nonpointer must be the LSB (fixme or get rid of it)
    // shiftcls must occupy the same bits that a real class pointer would
    // bits + RC_ONE is equivalent to extra_rc + 1
    // RC_HALF is the high bit of extra_rc (i.e. half of its range)
    // future expansion:
    // uintptr_t fast_rr : 1;   // no r/r overrides
    // uintptr_t lock : 2;      // lock for atomic property, @synch
    // uintptr_t extraBytes : 1;// allocated with extra bytes
# if __arm64__// 在 __arm64__ 架构下
#   define ISA_MASK      0x0000000ffffffff8ULL// 用来取出 Class、Meta-Class 对象的内存地址
#   define ISA_MAGIC_MASK0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
    struct {
      uintptr_t nonpointer      : 1;// 0：代表普通的指针，存储着 Class、Meta-Class 对象的内存地址
                                          // 1：代表优化过，使用位域存储更多的信息
      uintptr_t has_assoc         : 1;// 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
      uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;// 是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快
      uintptr_t shiftcls          : 33; // 存储着 Class、Meta-Class 对象的内存地址信息
      uintptr_t magic             : 6;// 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
      uintptr_t weakly_referenced : 1;// 是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快
      uintptr_t deallocating      : 1;// 对象是否正在释放
      uintptr_t has_sidetable_rc: 1;// 如果为1，代表引用计数过大无法存储在 isa 中，那么超出的引用计数会存储在一个叫 SideTable 结构体的 RefCountMap（引用计数表）散列表中
      uintptr_t extra_rc          : 19; // 里面存储的值是对象本身之外的引用计数的数量，retainCount - 1
#       define RC_ONE   (1ULL&lt;&lt;45)
#       define RC_HALF(1ULL&lt;&lt;18)
    };
......// 在 __x86_64__ 架构下
};
</pre></div>
<p>如果<code>isa</code>非<code>nonpointer</code>，即 arm64 架构之前的<code>isa</code>指针。由于它只是一个普通的指针，存储着<code>Class</code>、<code>Meta-Class</code>对象的内存地址，所以它本身不能存储引用计数，所以以前对象的引用计数都存储在一个叫<code>SideTable</code>结构体的<code>RefCountMap</code>（引用计数表）散列表中。</p>
<p>如果<code>isa</code>是<code>nonpointer</code>，则它本身可以存储一些引用计数。从以上<code>union isa_t</code>的定义中我们可以得知，<code>isa_t</code>中存储了两个引用计数相关的东西：<code>extra_rc</code>和<code>has_sidetable_rc</code>。</p>
<ul><li>extra_rc：里面存储的值是对象本身之外的引用计数的数量，这 19 位如果不够存储，<code>has_sidetable_rc</code>的值就会变为 1；</li><li>has_sidetable_rc：如果为 1，代表引用计数过大无法存储在<code>isa</code>中，那么超出的引用计数会存储<code>SideTable</code>的<code>RefCountMap</code>中。</li></ul>
<p>所以，如果<code>isa</code>是<code>nonpointer</code>，则对象的引用计数存储在它的<code>isa_t</code>的<code>extra_rc</code>中以及<code>SideTable</code>的<code>RefCountMap</code>中。</p>
<p class="maodian"></p><h3>SideTable</h3>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">// NSObject.mm
struct SideTable {
    spinlock_t slock;      // 自旋锁
    RefcountMap refcnts;   // 引用计数表（散列表）
    weak_table_t weak_table; // 弱引用表（散列表）
    ......
}
</pre></div>
<p><code>SideTable</code>存储在<code>SideTables()</code>中，<code>SideTables()</code>本质也是一个散列表，可以通过对象指针来获取它对应的（引用计数表或者弱引用表）在哪一个<code>SideTable</code>中。在非嵌入式系统下，<code>SideTables()</code>中有 64 个<code>SideTable</code>。以下是<code>SideTables()</code>的定义：</p>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">// NSObject.mm
static objc::ExplicitInit&lt;StripedMap&lt;SideTable&gt;&gt; SideTablesMap;
static StripedMap&lt;SideTable&gt;&amp; SideTables() {
    return SideTablesMap.get();
}
</pre></div>
<p>所以，查找对象的引用计数表需要经过两次哈希查找：</p>
<ul><li>① 第一次根据当前对象的内存地址，经过哈希查找从<code>SideTables()</code>中取出它所在的<code>SideTable</code>；</li><li>② 第二次根据当前对象的内存地址，经过哈希查找从<code>SideTable</code>中的<code>refcnts</code>中取出它的引用计数表。</li></ul>
<p>使用多个<code>SideTable</code>+分离锁技术方案是为了保证线程安全的同时兼顾访问效率</p>
<p>以上就是iOS内存管理引用计数示例分析的详细内容，更多关于iOS内存管理引用计数的资料请关注琼殿技术社区其它相关文章！</p>
                           
                            <div class="art_xg">
                              <b>您可能感兴趣的文章:</b><ul><li>iOS开发之MRC(手动内存管理)详解</li><li>iOS内存管理中引用计数的学习</li><li>简述iOS属性中的内存管理参数</li><li>详解关于iOS内存管理的规则思考</li><li>详解iOS应用开发中的ARC内存管理方式</li><li>iOS源码阅读必备知识之Tagged Pointer</li><li>iOS内存管理Tagged&nbsp;Pointer使用原理详解</li></ul>
                            </div>

                        </div>
                        <!--endmain-->
頁: [1]
查看完整版本: iOS内存管理引用计数示例分析