前言

我最近在修改一个程序错误中，发现某段数据资源总是释放不了。后做了深入调查，发现该程序大量使用了引用技术。这段该释放的资源在需要释放的时，它的计数器总是大于1。因此我针对这段资源的所有get和put操作，仔细检查了引用计数的加减的过程。就从程序的字面上看，get和put确实成对出现。但从设计的角度来说, 有的put是不会被调用的，因此对应的资源就无法释放。本文中，我想就这个例子来看看这个设计的问题出现在哪里。

基本原理

引用技术是底层编程中一种资源管理常用的技术。概要的说，是将资源(包括内存，对象和磁盘空间等)的引用次数用一个计数器记录。当计数器为0时候，将其释放。为了避免竞争，可以用计数器可以用原子操作来保护。

用例分析

在上图中，有一个数据源，可以理解为一个类似Redis的基于内存的数据库。针对不同类型的应用场景，可以设计不同的抽象数据操作。这样，数据操作和数据源是分离的，可以看作是一种贫血模型 (anaemic domain model)。当数据源实例化时，数据源的引用计数初始化为1。因为这个数据源上还有三个抽象数据操作，同时也将三个抽象数据操作实例化。当每个抽象数据操作实例化时，数据源的引用计数加1。这样数据源实例化后的引用计数就会是4。

datasource->refcount = 4

其删除过程的标准代码是：

static void datasource_destroy(void *datasource)
{
    for (i = 0; i < 3; i++) {
        if (datasource->ops[i])
           datsource_ops_put(datasource->ops[i]);
    }
    datasource_do_destroy(datasource);
}
static void datasource_put(void) {
if (--datasource->refcount > 0)
	return;
datasource_destroy(datasource);
}

但从字面上看，每个datasource 和ops都有对应的put操作，应该可以正确删除。实际上, datasource_put操作后，其ref_count会是3，永远也不会执行到datasource_destroy的部分。分析了问题的所在，修改是不难的。我们可以先执行的抽象数据类型的put,然后再执行 datasource的put。修改后的程序如下：

static void datasource_destroy(void *datasource) {
    datasource_do_destroy(datasource);
}

static void datasource_put(void) {
	for (i = 0; i < 3; i++) {
        if (datasource->ops[i])
           datsource_ops_put(datasource->ops[i]);
    }
	if (--datasource->refcount > 0)
		return;
	datasource_destroy(datasource);
}

进一步分析

这样修改虽然可以正确执行，但是从代码来看，我们自然提出一个问题，像这种初始化增加引用计数，删除时再减少计数的操作有何必要？从软件设计上看，软件实体A， B之间的关系就生命周期而言主要是两种：（1）A,B之间是独立的，B的生命周期不依赖A的生命周期，也就是说可以单独销毁A而不影响B，如课程和学生的关系，UML中提到的聚合（Aggregation)。（2）B依赖A。B不能单独存在，其生命周期依赖A。如鸟和翅膀的关系，UML提到的组合（Composition)。在关系（1）中，B和A和可以独立生存，当B临时用到A时，为了防止A在用时被释放了，B应该用一个应用计数把A的内存保护起来。这是引用计数的典型场景。在关系（2）中，当B用到A时， A在另外的线程或任务中也有可能释放，但一旦释放了A，B也没有了存在的意义。因此B在定义的时候就不应该是一个独立的实体，而是应该作为A的一个组合子实体而存在。每次引用B时，可以先用Get方法得到A，然后再用B。B用完后，再释放A。而对datasource的每个抽象数据操作实例化时，是不需要将应用计数加1的。修改后的程序如下：

初始化：数据源实例化时，引用计数初始化1。抽象类型操作实例化，引用计数不变。
```
datasource->refcount = 1;
```
程序运行中：

	datasource_ops_execute(int k) {
		datasource = datasource_get();  /* ref_count + 1 */
    	ops = datasource->ops[k]
    	...
    	datasource->put(); /* ref_count - 1 */
    }

删除数据源：

static void datasource_destroy(void *datasource) {
    datasource_do_destroy(datasource);
}

static void datasource_put(void) {
	if (--datasource->refcount > 0)
		return;
	datasource_destroy(datasource);
}

总结

引用计数似简单，要是没有对软件设计和软件实体的深入理解，也常常会引入一些低质量甚至是错误的代码。工作中常常勤于思考，是我们不断进步的源泉。

一个滥用引用计数的例子

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用例分析

进一步分析

总结