底层原理-33-自动释放池

潜水的鱼儿
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目前我们内存管理都在在ARC环境下进行自动管理对象的引用计数，我们下面看下autoreleasepool。

1.autoreleasepool

1.1 release与autorelease

对象在调用release方法的时候引用计数会立刻减1。
而对象在调用autorelease方法时，对象的引用计数会在稍后的时间内减1，通常是在当前线程下一个“事件循环”。autorelease方法在方法返回对象的时候特别有用。如果方法中创建的对象在返回前执行release方法，那有可能对象还没有返回就被销毁了。使用autorelease方法，可以保证对象在返回的时候依然存活，也无需调用者手动释放对象，因为在当前线程的下一个事件循环，对象的引用计数会自动减1.autorelease方法可以延长对象的生命周期，可以跨越方法调用边界之后存活一段时间。

1.2 自动释放池

1、释放对象有两种方式，一种是调用release方法，调用release方法的对象引用计数会立刻递减；另一种是调用autorelease方法，将对象加入到“自动释放池”中，自动释放池中的对象会在稍后的某个时候被释放，清空自动释放池时系统会向池中的对象发送release消息。
2、自动释放池创建于左花括号，并于右花括号处自动清空，花括号范围内的对象，会于花括号的末尾处收到release消息。
3、自动释放池可以降低应用程序的内存峰值。
4、我们不需要担心自动释放池的创建问题。主线程或者GCD创建的线程，默认都有自动释放池，每一次执行事件循环的时就会将其清空

image.png

1.3 Clang分析

int main(int argc, const char * argv[]) {

    @autoreleasepool {

        // insert code here...

        NSLog(@"Hello, World!");

    }

    return 0;

}

在main函数会把我们的代码加入autoreleasepool中，Clang结果如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {

    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2f_kt02d2w10p55r2z7mn5gc7qw0000gn_T_main_904163_mi_0);

    }

    return 0;

}
/*析构*/
struct __AtAutoreleasePool {

  __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}

  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}

  void * atautoreleasepoolobj;

};

autoreleasepool相当于一个对象，本质上。

  • __AtAutoreleasePool是一个结构体，有构造函数 + 析构函数，结构体定义的对象在作用域结束后，会自动调用析构函数
  • 其中{} 是 作用域 ，优点是结构清晰，可读性强，可以及时创建销毁

1.4 AutoreleasePoolPage

看下autoreleasepool的源码描述

image.png 我们在clang的时候知道，自动释放池是一个析构函数， 构造的时候调用：objc_autoreleasePoolPush()析构的时候调用objc_autoreleasePoolPop()

image.png 自动释放池调用是通过AutoreleasePoolPage进行进行push和pop的。 其中页的大小为4096 image.png AutoreleasePoolPage是一个class，有一些方法和自己的析构函数，对页的一些操作大致如下：

image.png AutoreleasePoolPage继承于AutoreleasePoolPageData，我们看下

image.png

  • magic 用来校验 AutoreleasePoolPage 的结构是否完整;

  • next 指向最新添加的 autoreleased 对象的下一个位置，初始化时指begin() ;

  • thread 指向当前线程;

  • parent 指向父结点，第一个结点的 parent 值为 nil ;

  • child 指向子结点，最后一个结点的 child 值为 nil ;

  • depth 代表深度，从 0 开始，往后递增 1;

  • hiwat 代表 high water mark 最大入栈数量标记 发现其中有AutoreleasePoolPage对象，所以有以下一个关系链AutoreleasePoolPage -> AutoreleasePoolPageData -> AutoreleasePoolPage，从这里可以说明自动释放池除了是一个页，还是一个双向链表结构。

2. objc_autoreleasePoolPush

image.png 判断当前是否有释放池，没有的话创建一个，有的话压栈一个POOL_BOUNDARY.

  • 继续看下 autoreleaseNewPage

image.png

  • 查看hotPage（）

image.png

  • 查看autoreleaseNoPage创建page

image.png

  • 查看初始化自动释放池页AutoreleasePoolPage

image.png 其中begin()表示压入对象开始的位置,表示AutoreleasePoolPage自己占有56大小

image.png

  • 查看自动释放池内存结构 在ARC环境下，无法手动调用autorelease，将Demo切换至MRC模式（Build Settings -> Objectice-C Automatic Reference Counting设置为NO）

image.png 我们for循环压入打印自动释放池情况

image.png 页的地址0x7fbcc2810000和边界地址0x7fbcc2810038相差16进制下3*16+8 =56，刚好是AutoreleasePoolPage自己本身的内存大小。 我们加入505个对象

image.png image.png 第一页存储了504个对象，第二页存储了1个对象，第二页不再存储边界哨兵了。我们继续for循环1010个对象。 第一页 image.png 第二页

image.png 第三页

image.png 增加了505个对象，增加了一页，说明一页可以存储505个对象，大小为505*8 = 4040大小，页本身大小为56 所以一页的大小为4096和红定义一样。首页因为存储了哨兵对象所以少存储一个对象。

image.png

  • 压栈对象 autoreleaseFast

image.png 进入autoreleaseFast源码，主要有以下几步：

  1. 获取当前操作页，并判断页是否存在以及是否满了
  2. 如果页存在，且未满，则通过add方法压栈对象
  3. 如果页存在，且满了，则通过autoreleaseFullPage方法安排新的页面
  4. 如果页不存在，则通过autoreleaseNoPage方法创建新页
  • autoreleaseFullPage分析

image.png

  1. 遍历当前页的子页面链，直到没有子页面创建一个页面
  2. 设置创建的页为hotPage操作页面
  3. 向创建的页添加对象，压栈。
  • autorelease 底层分析 autorelease->rootAutorelease->rootAutorelease2->autorelease(id obj)

image.png 最终还是执行autoreleaseFast进行压栈操作，和压栈哨兵对象一样进入autoreleaseFast只是对象不同。

3. objc_autoreleasePoolPop

在objc_autoreleasePoolPop方法中有个参数，在clang分析时，发现传入的参数是push压栈后返回的哨兵对象，即ctxt，其目的是避免出栈混乱，防止将别的对象出栈 查看pop源码

image.png

  1. 空页面的处理，并根据token获取page
  2. 容错处理
  3. 通过popPage出栈页
  • popPage查看

image.png 不是哨兵对象的话通过popPage<false>(token, page, stop)出栈操作，通过releaseUntil出栈当前操作页面对象，释放到stop位置之前的所有对象，之后对当前页进行判断是否为空，进行相关页kill。

  • releaseUntil查看

image.png 通过while循环遍历出当前stop的对象之前所有的object，哨兵除外进行objc_release出栈操作，其中嵌套一个while循环，不断向前父节点页遍历。

image.png 进入releaseUntil

image.png 之后从后面的页，一页一页往前进行release页中的对象，直到stop对象，不是哨兵对象就进行release。

image.png

4. 总结

1.自动释放池主要是为我们管理对象内存，不用我们手动的进行release操作，而是由释放池在下次事件循环时候把释放池中对象进行release操作，会延缓对象的生命周期。
2. 自动释放池是一个对象，自身有一个析构函数，创建的时候进行压栈操作push，析构的时候进行出栈操作pop。继承于autorelseasePoolPage类，poolPage本身继承于结构体autoreleasePoolPageData，大小为56字节。创建page后会插入一个POOL_Boundary(哨兵对象）主要是为了防止越界，但是只有首页会插入哨兵对象。一页最多可插入505个对象，页的大小为505*8+56（页本身大小） = 4096字节，poolPage是一个双向链表的结构，它有一个父节点一个子节点，首页的父节点为空，末页的子节点为空。
3.autorelseasePoolPage加入对象通过push进行操作，没有页的话创建页同时传入哨兵对象，这一步在构造的时候就会调用。之后页满了的话通过autoreleaseNoPage创建新的页，通过add的方法加入对象。
4. 通常在析构的时候调用pop方法，会传入哨兵对象，我们根据stop的位置，释放stop对象之前所有的对象，哨兵除外。通过while循环当前页的---next往上依次release对象，当前页空的话就把hotpage设置为父节点页面，重复之前操作直到stop对象。

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