iOS/OS X內(nèi)存管理（一）：基本概念與原理

發(fā)表于21小時(shí)前|?1585次閱讀| 來源CSDN|?8?條評(píng)論| 作者劉耀柱

移動(dòng)開發(fā)iOSObjective-C內(nèi)存管理內(nèi)存泄露局部變量開發(fā)經(jīng)驗(yàn) allowtransparency="true" frameborder="0" scrolling="no" src="http://hits.sinajs.cn/A1/weiboshare.html?url=http%3A%2F%2Fwww.csdn.net%2Farticle%2F2015-11-12%2F2826198%3Fref%3Dmyread&type=3&count=&appkey=&title=%E5%86%85%E5%AD%98%E7%AE%A1%E7%90%86%E6%98%AF%E5%9C%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E9%9C%80%E8%A6%81%E6%97%B6%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E5%91%98%E5%88%86%E9%85%8D%E4%B8%80%E6%AE%B5%E5%86%85%E5%AD%98%E7%A9%BA%E9%97%B4%EF%BC%8C%E8%80%8C%E5%BD%93%E4%BD%BF%E7%94%A8%E5%AE%8C%E4%B9%8B%E5%90%8E%E5%B0%86%E5%AE%83%E9%87%8A%E6%94%BE%E3%80%82%E5%A6%82%E6%9E%9C%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E5%91%98%E5%AF%B9%E5%86%85%E5%AD%98%E8%B5%84%E6%BA%90%E4%BD%BF%E7%94%A8%E4%B8%8D%E5%BD%93%EF%BC%8C%E6%9C%89%E6%97%B6%E4%B8%8D%E4%BB%85%E4%BC%9A%E9%80%A0%E6%88%90%E5%86%85%E5%AD%98%E8%B5%84%E6%BA%90%E6%B5%AA%E8%B4%B9%EF%BC%8C%E7%94%9A%E8%87%B3%E4%BC%9A%E5%AF%BC%E8%87%B4%E7%A8%8B%E5%BA%8Fcrach%E3%80%82%E6%9C%AC%E6%96%87%E4%BD%9C%E8%80%85%E4%BB%8E%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%A6%82%E5%BF%B5%E5%BC%80%E5%A7%8B%EF%BC%8C%E5%89%96%E6%9E%90%E5%86%85%E5%AD%98%E7%AE%A1%E7%90%86%E7%9A%84%E6%96%B9%E6%B3%95%E4%B8%8E%E9%97%AE%E9%A2%98%E3%80%82&pic=&ralateUid=&language=zh_cn&rnd=1447398728228" width="22" height="16">摘要：內(nèi)存管理是在程序需要時(shí)程序員分配一段內(nèi)存空間，而當(dāng)使用完之后將它釋放。如果程序員對(duì)內(nèi)存資源使用不當(dāng)，有時(shí)不僅會(huì)造成內(nèi)存資源浪費(fèi)，甚至?xí)?dǎo)致程序crach。本文作者從基本概念開始，剖析內(nèi)存管理的方法與問題。

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在Objective-C的內(nèi)存管理中，其實(shí)就是引用計(jì)數(shù)（reference count）的管理。內(nèi)存管理就是在程序需要時(shí)程序員分配一段內(nèi)存空間，而當(dāng)使用完之后將它釋放。如果程序員對(duì)內(nèi)存資源使用不當(dāng)，有時(shí)不僅會(huì)造成內(nèi)存資源浪費(fèi)，甚至?xí)?dǎo)致程序crach。我們將會(huì)從引用計(jì)數(shù)和內(nèi)存管理規(guī)則等基本概念開始，然后講述有哪些內(nèi)存管理方法，最后注意有哪些常見內(nèi)存問題。?

?

memory management from apple document?

基本概念

引用計(jì)數(shù)（Reference Count）

為了解釋引用計(jì)數(shù)，我們做一個(gè)類比：員工在辦公室使用燈的情景。

?

引用Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X的圖

• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人進(jìn)入辦公室時(shí)，他需要使用燈，于是開燈，引用計(jì)數(shù)為1；
• 當(dāng)另一個(gè)人進(jìn)入辦公室時(shí)，他也需要燈，引用計(jì)數(shù)為2；每當(dāng)多一個(gè)人進(jìn)入辦公室時(shí)，引用計(jì)數(shù)加1；
• 當(dāng)有一個(gè)人離開辦公室時(shí)，引用計(jì)數(shù)減1，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，也就是最后一個(gè)人離開辦公室時(shí)，他不再需要使用燈，關(guān)燈離開辦公室。

內(nèi)存管理規(guī)則

從上面員工在辦公室使用燈的例子，我們對(duì)比一下燈的動(dòng)作與Objective-C對(duì)象的動(dòng)作有什么相似之處：

?

因?yàn)槲覀兪峭ㄟ^引用計(jì)數(shù)來管理燈，那么我們也可以通過引用計(jì)數(shù)來管理使用Objective-C對(duì)象。

?

引用Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X的圖

而Objective-C對(duì)象的動(dòng)作對(duì)應(yīng)有哪些方法以及這些方法對(duì)引用計(jì)數(shù)有什么影響？

?

當(dāng)你alloc一個(gè)對(duì)象objc，此時(shí)RC=1；在某個(gè)地方你又retain這個(gè)對(duì)象objc，此時(shí)RC加1，也就是RC=2；由于調(diào)用alloc/retain一次，對(duì)應(yīng)需要調(diào)用release一次來釋放對(duì)象objc，所以你需要release對(duì)象objc兩次，此時(shí)RC=0；而當(dāng)RC=0時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用dealloc方法釋放對(duì)象。

Autorelease Pool

在開發(fā)中，我們常常都會(huì)使用到局部變量，局部變量一個(gè)特點(diǎn)就是當(dāng)它超過作用域時(shí)，就會(huì)自動(dòng)釋放。而autorelease pool跟局部變量類似，當(dāng)執(zhí)行代碼超過autorelease pool塊時(shí)，所有放在autorelease pool的對(duì)象都會(huì)自動(dòng)調(diào)用release。它的工作原理如下：

• 創(chuàng)建一個(gè)NSAutoreleasePool對(duì)象；
• 在autorelease pool塊的對(duì)象調(diào)用autorelease方法；
• 釋放NSAutoreleasePool對(duì)象。

?

引用Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X的圖

iOS 5/OS X Lion前的（等下會(huì)介紹引入ARC的寫法）實(shí)例代碼如下：

[cpp]?view plaincopy

NSAutoreleasePool?*pool?=?[[NSAutoreleasePool?alloc]?init];??

??

//?put?object?into?pool??

id?obj?=?[[NSObject?alloc]?init];??

[obj?autorelease];??

??

[pool?drain];??

??

/*?超過autorelease?pool作用域范圍時(shí)，obj會(huì)自動(dòng)調(diào)用release方法?*/??

由于放在autorelease pool的對(duì)象并不會(huì)馬上釋放，如果有大量圖片數(shù)據(jù)放在這里的話，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存不足。?

[cpp]?view plaincopy

for?(int?i?=?0;?i?<?numberOfImages;?i++)??

{??

??????/*???處理圖片，例如加載?

???????*???太多autoreleased?objects存在?

???????*???由于NSAutoreleasePool對(duì)象沒有被釋放?

???????*???在某個(gè)時(shí)刻，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存不足??

???????*/??

}??

ARC管理方法

iOS/OS X內(nèi)存管理方法有兩種：手動(dòng)引用計(jì)數(shù)(Manual Reference Counting)和自動(dòng)引用計(jì)數(shù)(Automatic Reference Counting)。從OS X Lion和iOS 5開始，不再需要程序員手動(dòng)調(diào)用retain和release方法來管理Objective-C對(duì)象的內(nèi)存，而是引入一種新的內(nèi)存管理機(jī)制Automatic Reference Counting(ARC)，簡(jiǎn)單來說，它讓編譯器來代替程序員來自動(dòng)加入retain和release方法來持有和放棄對(duì)象的所有權(quán)。

在ARC內(nèi)存管理機(jī)制中，id和其他對(duì)象類型變量必須是以下四個(gè)ownership qualifiers其中一個(gè)來修飾：

• __strong(默認(rèn)，如果不指定其他，編譯器就默認(rèn)加入)
• __weak
• __unsafe_unretained
• __autoreleasing

所以在管理Objective-C對(duì)象內(nèi)存的時(shí)候，你必須選擇其中一個(gè)，下面會(huì)用一些列子來逐個(gè)解釋它們的含義以及如何選擇它們。

__strong ownership qualifier

如果我想創(chuàng)建一個(gè)字符串，使用完之后將它釋放調(diào)用，使用MRC管理內(nèi)存的寫法應(yīng)該是這樣：

[cpp]?view plaincopy

{??

????NSString?*text?=?@"Hello,?world";????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1??

????NSLog(@"%@",?text);??

????[text?release];??????????????????????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=0??

}??

而如果是使用ARC方式的話，就text對(duì)象無需調(diào)用release方法，而是當(dāng)text變量超過作用域時(shí)，編譯器來自動(dòng)加入[text release]方法來釋放內(nèi)存。?

[cpp]?view plaincopy

{??

????NSString?*text?=?@"Hello,?world";????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1??

????NSLog(@"%@",?text);??

}??

/*?

?*??當(dāng)text超過作用域時(shí)，@"Hello,?world"對(duì)象會(huì)自動(dòng)釋放，RC=0?

?*/??

而當(dāng)你將text賦值給其他變量anotherText時(shí)，MRC需要retain一下來持有所有權(quán)，當(dāng)text和anotherText使用完之后，各個(gè)調(diào)用release方法來釋放。?

[cpp]?view plaincopy

{??

????NSString?*text?=?@"Hello,?world";????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1??

????NSLog(@"%@",?text);??

??

????NSString?*anotherText?=?text;????????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1??

????[anotherText?retain];????????????????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=2??

????NSLog(@"%@",?anotherText);??

??

????[text?release];??????????????????????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1??

????[anotherText?release];???????????????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=0??

}??

而使用ARC的話，并不需要調(diào)用retain和release方法來持有跟釋放對(duì)象。?

[cpp]?view plaincopy

{??

????NSString?*text?=?@"Hello,?world";????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1??

????NSLog(@"%@",?text);??

??

????NSString?*anotherText?=?text;????????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=2??

????NSLog(@"%@",?anotherText);??

}??

/*?

?*??當(dāng)text和anotherText超過作用域時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用[text?release]和[anotherText?release]方法，?@"Hello,?world"對(duì)象的RC=0?

?*/??

除了當(dāng)__strong變量超過作用域時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)加入release語句來釋放內(nèi)存，如果你將__strong變量重新賦給它其他值，那么編譯器也會(huì)自動(dòng)加入release語句來釋放變量指向之前的對(duì)象。例如：?

[cpp]?view plaincopy

{??

????NSString?*text?=?@"Hello,?world";????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1??

????NSString?*anotherText?=?text;????????//@"Hello,?world"對(duì)象的RC=2??

????NSString?*anotherText?=?@"Sam?Lau";??//?由于anotherText對(duì)象引用另一個(gè)對(duì)象@"Sam?Lau"，那么就會(huì)自動(dòng)調(diào)用[anotherText?release]方法，使得@"Hello,?world"對(duì)象的RC=1,?@"Sam?Lau"對(duì)象的RC=1??

}??

/*?

?*??當(dāng)text和anotherText超過作用域時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用[text?release]和[anotherText?release]方法，?

?*??@"Hello,?world"對(duì)象的RC=0和@"Sam?Lau"對(duì)象的RC=0?

?*/??

如果變量var被__strong修飾，當(dāng)變量var指向某個(gè)對(duì)象objc，那么變量var持有某個(gè)對(duì)象objc的所有權(quán)。?

前面已經(jīng)提過內(nèi)存管理的四條規(guī)則：?

?

我們總結(jié)一下編譯器是按以下方法來實(shí)現(xiàn)的：

• 對(duì)于規(guī)則1和規(guī)則2，是通過__strong變量來實(shí)現(xiàn)；
• 對(duì)于規(guī)則3來說，當(dāng)變量超過它的作用域或被賦值或成員變量被丟棄時(shí)就能實(shí)現(xiàn)；
• 對(duì)于規(guī)則4，當(dāng)RC=0時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)調(diào)用。

__weak ownership qualifier

其實(shí)編譯器根據(jù)__strong修飾符來管理對(duì)象內(nèi)存。但是__strong并不能解決引用循環(huán)(Reference Cycle)問題：對(duì)象A持有對(duì)象B，反過來，對(duì)象B持有對(duì)象A；這樣會(huì)導(dǎo)致不能釋放內(nèi)存造成內(nèi)存泄露問題。

引用Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X的圖

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，有一個(gè)類Test有個(gè)屬性objc，有兩個(gè)對(duì)象test1和test2的屬性objc互相引用test1和test2：

[cpp]?view plaincopy

@interface?Test?:?NSObject??

@property?(strong,?nonatomic)?id?objc;??

@end??

[cpp]?view plaincopy

{??

????Test?*test1?=?[Test?new];????????/*?對(duì)象a?*/??

????/*?test1有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象a?*/??

??

????Test?*test2?=?[Test?new];????????/*?對(duì)象b?*/??

????/*?test2有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象b?*/??

??

????test1.objc?=?test2;??????????????/*?對(duì)象a的成員變量objc有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象b?*/??

????test2.objc?=?test1;??????????????/*?對(duì)象b的成員變量objc有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象a?*/??

}??

/*???當(dāng)變量test1超過它作用域時(shí)，它指向a對(duì)象會(huì)自動(dòng)release?

?*???當(dāng)變量test2超過它作用域時(shí)，它指向b對(duì)象會(huì)自動(dòng)release?

?*????

?*???此時(shí)，b對(duì)象的objc成員變量仍持有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象a?

?*???此時(shí)，a對(duì)象的objc成員變量仍持有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象b?

?*???于是發(fā)生內(nèi)存泄露?

?*/??

如何解決？于是我們引用一個(gè)__weakownership qualifier，被它修飾的變量都不持有對(duì)象的所有權(quán)，而且當(dāng)變量指向的對(duì)象的RC為0時(shí)，變量設(shè)置為nil。例如：?

[cpp]?view plaincopy

__weak?NSString?*text?=?@"Sam?Lau";??

NSLog(@"%@",?text);??

由于text變量被__weak修飾，text并不持有@"Sam Lau"對(duì)象的所有權(quán)，@"Sam Lau"對(duì)象一創(chuàng)建就馬上被釋放，并且編譯器給出警告??，所以打印結(jié)果為(null)。

所以，針對(duì)剛才的引用循環(huán)問題，只需要將Test類的屬性objc設(shè)置weak修飾符，那么就能解決。

[cpp]?view plaincopy

@interface?Test?:?NSObject??

@property?(weak,?nonatomic)?id?objc;??

@end??

[cpp]?view plaincopy

{??

????Test?*test1?=?[Test?new];????????/*?對(duì)象a?*/??

????/*?test1有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象a?*/??

??

????Test?*test2?=?[Test?new];????????/*?對(duì)象b?*/??

????/*?test2有一個(gè)強(qiáng)引用到對(duì)象b?*/??

??

????test1.objc?=?test2;??????????????/*?對(duì)象a的成員變量objc不持有對(duì)象b?*/??

????test2.objc?=?test1;??????????????/*?對(duì)象b的成員變量objc不持有對(duì)象a?*/??

}??

/*???當(dāng)變量test1超過它作用域時(shí)，它指向a對(duì)象會(huì)自動(dòng)release?

?*???當(dāng)變量test2超過它作用域時(shí)，它指向b對(duì)象會(huì)自動(dòng)release?

?*/??

__unsafe_unretained ownership qualifier

__unsafe_unretained ownership qualifier，正如名字所示，它是不安全的。它跟__weak相似，被它修飾的變量都不持有對(duì)象的所有權(quán)，但當(dāng)變量指向的對(duì)象的RC為0時(shí)，變量并不設(shè)置為nil，而是繼續(xù)保存對(duì)象的地址；這樣的話，對(duì)象有可能已經(jīng)釋放，但繼續(xù)訪問，就會(huì)造成非法訪問(Invalid Access)。例子如下：

[cpp]?view plaincopy

__unsafe_unretained?id?obj0?=?nil;??

{??

????id?obj1?=?[[NSObject?alloc]?init];?????//?對(duì)象A??

????/*?由于obj1是強(qiáng)引用，所以obj1持有對(duì)象A的所有權(quán)，對(duì)象A的RC=1?*/??

????obj0?=?obj1;??

????/*?由于obj0是__unsafe_unretained，它不持有對(duì)象A的所有權(quán)，但能夠引用它，對(duì)象A的RC=1?*/??

????NSLog(@"A:?%@",?obj0);??

}??

/*?當(dāng)obj1超過它的作用域時(shí)，它指向的對(duì)象A將會(huì)自動(dòng)釋放?*/??

NSLog(@"B:?%@",?obj0);??

/*?由于obj0是__unsafe_unretained，當(dāng)它指向的對(duì)象RC=0時(shí)，它會(huì)繼續(xù)保存對(duì)象的地址，所以兩個(gè)地址相同?*/??

打印結(jié)果是內(nèi)存地址相同：?

?

如果將__unsafe_unretained改為weak的話，兩個(gè)打印結(jié)果將不同。?

[cpp]?view plaincopy

__weak?id?obj0?=?nil;??

{??

????id?obj1?=?[[NSObject?alloc]?init];?????//?對(duì)象A??

????/*?由于obj1是強(qiáng)引用，所以obj1持有對(duì)象A的所有權(quán)，對(duì)象A的RC=1?*/??

????obj0?=?obj1;??

????/*?由于obj0是__unsafe_unretained，它不持有對(duì)象A的所有權(quán)，但能夠引用它，對(duì)象A的RC=1?*/??

????NSLog(@"A:?%@",?obj0);??

}??

/*?當(dāng)obj1超過它的作用域時(shí)，它指向的對(duì)象A將會(huì)自動(dòng)釋放?*/??

NSLog(@"B:?%@",?obj0);??

/*?由于obj0是__weak，?當(dāng)它指向的對(duì)象RC=0時(shí)，它會(huì)自動(dòng)設(shè)置為nil，所以兩個(gè)打印結(jié)果將不同*/??

?

__autoreleasing ownership qualifier

引入ARC之后，讓我們看看autorelease pool有哪些變化。沒有ARC之前的寫法如下：

[cpp]?view plaincopy

NSAutoreleasePool?*pool?=?[[NSAutoreleasePool?alloc]?init];??

//?put?object?into?pool??

id?obj?=?[[NSObject?alloc]?init];??

[obj?autorelease];??

[pool?drain];??

/*?超過autorelease?pool作用域范圍時(shí)，obj會(huì)自動(dòng)調(diào)用release方法?*/??

引入ARC之后，寫法比之前更加簡(jiǎn)潔：?

[cpp]?view plaincopy

@autoreleasepool?{??

????id?__autoreleasing?obj?=?[[NSObject?alloc]?init];??

}??

相比之前的創(chuàng)建、使用和釋放NSAutoreleasePool對(duì)象，現(xiàn)在你只需要將代碼放在@autoreleasepool塊即可。你也不需要調(diào)用autorelease方法了，只需要用__autoreleasing修飾變量即可。?

?

引用Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X的圖?

但是我們很少或基本上不使用autorelease pool。當(dāng)我們使用XCode創(chuàng)建工程后，有一個(gè)app的入口文件main.m使用了它：?

[cpp]?view plaincopy

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

????@autoreleasepool?{??

????????return?UIApplicationMain(argc,?argv,?nil,?NSStringFromClass([AppDelegate?class]));??

????}??

}??

Property（屬性）

有了ARC之后，新的property modifier也被引入到Objective-C類的property，例如：

[cpp]?view plaincopy

@property?(strong,?nonatomic)?NSString?*text;??

下面有張表來展示property modifier與ownership qualifier的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

總結(jié)

要想掌握iOS/OS X的內(nèi)存管理，首先要深入理解引用計(jì)數(shù)(Reference Count)這個(gè)概念以及內(nèi)存管理的規(guī)則；在沒引入ARC之前，我們都是通過retain和release方法來手動(dòng)管理內(nèi)存，但引入ARC之后，我們可以借助編譯器來幫忙自動(dòng)調(diào)用retain和release方法來簡(jiǎn)化內(nèi)存管理和減低出錯(cuò)的可能性。雖然__strong修飾符能夠執(zhí)行大多數(shù)內(nèi)存管理，但它不能解決引用循環(huán)（Reference Cycle）問題，于是又引入另一個(gè)修飾符__weak。被__strong修飾的變量都持有對(duì)象的所有權(quán)，而被__weak修飾的變量并不持有對(duì)象所有權(quán)。下篇我們介紹使用工具如何解決常見內(nèi)存問題：野指針和內(nèi)存泄露。

參考資料

• Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X
• Advanced Memory Management Programming Guide

作者簡(jiǎn)介：劉耀柱（@Sam_Lau_Dev），iOS Developer兼業(yè)余Designer，參與開發(fā)技術(shù)前線iOS項(xiàng)目翻譯，個(gè)人博客：http://www.jianshu.com/users/256fb15baf75/latest_articles，GitHub：https://github.com/samlaudev。?

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的iOS/OS X内存管理（一）：基本概念与原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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