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03.了解iOS内存管理.md

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了解iOS内存管理

iOS内存管理一直是iOS工程师比较头疼的一个问题,Objective-C的内存需要由开发者和系统共同控制,虽然在2011年LLVM3.0(取代gcc)编译器中首次提供了ARC(一个帮助开发者管理内存空间的功能),但这仍然是一套复杂的规则,实际使用中仍然需要非常谨慎。

iOS系统中的内存分为三段Text、Stack(栈)和Heap(堆),Text段存放运行时代码,Stack段供编译时申请,Heap段供运行时申请。

iOS的框架中所有对象都是NSObject的子类,每个对象都有一个非常重要的属性 retainCount,称之为Reference Count(引用计数)是用来标记对象指向内存区域生命周期的一个计数器。上文提到过的ARC就是Automatic Reference Counting的简写,是自动管理引用计数的功能,在后面的文章中详细介绍该功能。

编译时,硬编码的数据(如:NSString *str = @"I am a NSString in Stack.";)会直接申请空间,存入Stack段。这些对象指向的内存是编译时就确定的,在运行时不会发生变化,引用计数是UNIX_MAX,最大无符号整数。

非硬编码数据的对象(如:NSString *str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@", @"I am a NSString in Heap."];)会在运行时动态创建,申请Heap段的空间。指向的这段内存引用计数为1,在运行时引用计数可以被加或减。当一段指向某段内存的所有对象引用计数被标记为0时,这段内存可以被系统回收。还有一种特殊情况,某对象创建后其retainCount大于1,这是因为在一些确定情况下(如:NSDictionary *dict = [[NSDictionary alloc] init]; 创建一个空字典),系统会复用内存。也就是说,当创建这样的一个对象,对象指向的是一块已申请的空间,而变化的只是这段空间的引用计数加1。

在iOS应用的编码过程中:

管理新对象

创建一个新对象分两种,初始化和复制。初始化一个对象,有两类方法可供选择:

直接返回初始化的对象,开发者同时要关注何时释放,此类方法一般先通过alloc、new等打头的方法申请空间,然后调用init打头的构造方法(如:NSString *str = [[NSString alloc] initWithString:@"I am a string."];)。使用这类方法创建的对象,一定要视具体情况调用release方法释放空间(实际release方法是做引用计数减1的操作),否则就会出现内存泄露。在构造方法中创建的对象,就要在析构方法中调用release;临时使用创建的对象,在使用完成后调用release。

另一类返回带有autorelease(接下来具体介绍)的对象,开发者要关注一个成为autorelease block的空间,这些方法一般是静态方法,直接以类名简写打头(如:NSString *str = [NSString stringWithString:@"I am a string."];)后直接调用新建对象的autorelease方法(如:NSString *str = [[[NSString alloc] initWithString:@"I am a string."] autorelease])。这样创建的对象是不需要开发者调用release释放的。但开发者需要定义一个autorelease block的空间,当空间生命周期结束,系统会自动释放该对象指向的空间。autorelease的具体用法和原理在下面介绍。

复制一个对象也分为两种:

直接在原空间上引用计数加1。我们知道,引用计数是用来记录该空间有多少应用,可否被释放的,这种方法就是在原空间上给引用计数加1,表示增加一个引用。

NSString *str = [strExists retain];

另一种方式就是某块空间,这块新空间的引用计数为1。如:

NSString *str = [strExists copy];

NSString *str = [strExists mutableCopy];

复制对象的两种方法都可以使用autorelease控制释放,或开发者使用release方法手动释放。

autorelease

autorelease的两种用法已经介绍过,定义autorelease block非常重要,因为这决定一块空间延迟多久被才会被释放。首先,每一个iOS应用的main函数中就已经定义了一个autorelease block,生命周期就是这个应用的存活周期。

int main(int argc, char *argv[])
{
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([YourAppDelegate class]));
    }
}

在开发者的自定义代码中,也需要如此定义autorelease block。例如在一个for循环中要重复初始化一个临时字典对象,而这些对象只在该循环体内有效。所以,就要在for循环中定义这个autorelease block,使这些临时字典在循环结束后被释放。

for (int i=0; i<10; i++)
{
    @autoreleasepool {
		NSDictionary *dict = [[[NSDictionary alloc] init] autorelease];
	}
}

autorelease的管用场景一般是,返回非显示申请空间的数据对象。例如:静态方法返回的数据对象,使用者通过静态方法得到数据对象,所以不会去手动释放;私有方法返回数据对象,类本身内的初始化调用,没有显示申请空间,所以使用autorelease。

附属方法

Accessor Methods(附属方法)主要用来管理实例变量。使用附属方法管理实例变量可以简化内存操作,并且系统会协助开发者保证线程安全。

定义变量时使用 @property 标示,并指定其属性,例如要定义个NSString类型的实例变量,允许多线程操作,不要求线程安全,赋值可以直接引用计数加1,不需要复制对象。代码如下:

@interface Demo

@property (nonatomic, retain) NSString *str;

@end

这样,就完成了一个实例变量的声明,要生成附属方法还需要在实现中通知编译器,如下:

@implementation Demo

@synthesize str = _str;

@end

一个带附属方法的实例变量定义。编译器会根据这些信息生成两个方法:

- (void)setStr:(NSString *)aStr
{
	[aStr retain];
	[_str release];
	_str = aStr;
}

- (NSString *)str
{
	return _str;
}

开发者就可以通过这两个方法控制实例变量str。但是有一点要注意,在init方法中不要使用附属方法,在init方法中,要初始化一个变量,就用变量名,并且在dealloc方法中调用release方法释放。

- (id)init
{
	self = [super init];
	if (self) {
		_str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%d", 0];
	}
	return self;
}
- (void)dealloc
{
	[_str release];
	[super dealloc];
}

使用附属方法最关键的是了解声明变量时赋予它的属性,这些属性包括:

控制线程安全的:nonatomic和atomic。线程安全属性,会使这个实例变量在调用过程中加上一个同步锁,在某些情况下性能较差。

控制内存空间的:assign、copy和retain。如以上介绍创建对象,这些属性指定的是setter方法对参数的处理方式。assign表示简单的指向,不进行引用计数操作。

控制强引用与否的strong和unsafe_unretained。strong是强引用,几乎相当于retain,unsafe_untained是弱引用几乎相当于assign,弱引用将在接下来具体介绍。

控制访问权限的readonly和readwrite。默认的变量是读写权限,可以使用readonly使其只读。

可以指定setter和getter方法的setter=和getter=。getter和setter的默认格式如上示例代码,通过这两个方法可以自定义方法名。

使用弱引用

此前一直提到的引用计数就是某块内存的强引用数量,只有当没有强引用指向时,内存才会被回收。这样就出现一个问题:循环引用。例如:某对象A有属性B,A指向B是一个强引用,B也有一个强引用指向C,而C有一个强引用指向C,表示其属于A。如此ABC之间就发生了循环引用,将会造成内存无法释放。这种情况下,就需要使用弱引用,建议所有反向标记从属关系的引用使用弱引用。即,C指向A使用弱引用。

关注对象包涵关系

摧毁对象释放空间的时候往往对象之间包涵关系,例如:一个NSArray对象A,有2个元素,B对象和C对象。当对摧毁A的时候,首先应该做一个操作,移除A中的全部元素([A removeAllObjects];),在调用release方法。另一个场景就是在自定义对象中,实现dealloc方法,在dealloc方法中释放所有的强引用,并调用父类的dealloc。

管理资源对象

在iOS系统中,资源对象,例如:网络连接,文件句柄,是一类特殊的对象,其特殊性表现在:

多线程调用
多对象共享
异步调用

摧毁此类资源对象的时机需要特别谨慎,不能在调用他的类的dealloc方法中做摧毁操作释放空间。这样做,非常容易出现,当前线程或对象使用完资源,马上释放掉,而其他线程或对象再次调用时,就会报错。

正确的做法是,在确认该资源完成其使命,不会再有调用的情况下,再对其进行释放。一般这个时机可以使一个autorelease block结束,或一次异步操作回调完成,甚至是整个程序执行完成。

以上介绍的只是原理性和技巧性的东西,能够使开发者尽量少走弯路,少犯低级错误,尽快上手。但开发iOS应用的过程中,一定还会遇到各种各样的问题,诸如:大量图片载入,多对象,等等。内存管理本来就是一个具体问题具体分析的事,大家可以到http://segmentFault.com与更多开发者讨论,解决问题。