iOS内存管理之MRC

2022-08-08 13:55 由任淏发表于 #移动端开发

前言：

在iOS中，使用引用计数来管理OC对象内存
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。
调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1。

内存管理的经验总结

当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease释放它。
想拥有某个对象，就让他的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让他的引用计数-1。

一、 MRC 手动管理内存(Manual Reference Counting)

1、引用计数器

引用计数器：
一个整数，表示为「对象被引用的次数」。系统需要根据对象的引用计数器来判断对象是否需要被回收。

关于「引用计数器」，有以下几个特点：

每个 OC 对象都有自己的引用计数器。
任何一个对象，刚创建的时候，初始的引用计数为 1。

即使用 alloc、new 或者 copy 创建一个对象时，对象的引用计数器默认就是 1。
当没有任何人使用这个对象时，系统才会回收这个对象。也就是说：

当对象的引用计数器为 0 时，对象占用的内存就会被系统回收。

如果对象的引用计数器不为 0 时，那么在整个程序运行过程，它占用的内存就不可能被回收(除非整个程序已经退出)。

2、引用计数器操作

为保证对象的存在，每当创建引用到对象需要给对象发送一条 retain 消息，可以使引用计数器值 +1 ( retain 方法返回对象本身)。
当不再需要对象时，通过给对象发送一条 release 消息，可以使引用计数器值 -1。
给对象发送 retainCount 消息，可以获得当前的引用计数器值。
当对象的引用计数为 0 时，系统就知道这个对象不再需要使用了，所以可以释放它的内存，通过给对象发送 dealloc 消息发起这个过程。
需要注意的是：release 并不代表销毁 / 回收对象，仅仅是将计数器 -1。

// 创建一个对象，默认引用计数器是 1
RHPerson *person1 = [[RHPerson alloc] init];
NSLog(@"retainCount = %zd", [person1 retainCount]);

// 只要给对象发送一条 retain 消息，引用计数器加1
[person1 retain];
NSLog(@"retainCount = %zd", [person1 retainCount]);

// 只要给对象发送一条 release 消息，引用计数器减1
[person1 release];
NSLog(@"retainCount = %zd", [person1 retainCount]);

// 当 retainCount 等于0时，对象被销毁
[person1 release];

NSLog(@"--------------");

2022-07-11 16:09:24.102850+0800 Interview01-内存管理[8035:264221] retainCount = 1
2022-07-11 16:09:24.103083+0800 Interview01-内存管理[8035:264221] retainCount = 2
2022-07-11 16:09:24.103126+0800 Interview01-内存管理[8035:264221] retainCount = 1
2022-07-11 16:09:24.103231+0800 Interview01-内存管理[8035:264221] -[RHPerson dealloc]
2022-07-11 16:09:24.103259+0800 Interview01-内存管理[8035:264221] --------------
Program ended with exit code: 0

3、dealloc 方法

当一个对象的引用计数器值为 0 时，这个对象即将被销毁，其占用的内存被系统回收。
对象即将被销毁时系统会自动给对象发送一条 dealloc 消息(因此，从 dealloc 方法有没有被调用，就可以判断出对象是否被销毁)
dealloc 方法的重写(注意是在 MRC 中)
- 一般会重写 dealloc 方法，在这里释放相关资源，dealloc 就是对象的遗言
- 一旦重写了 dealloc 方法，就必须调用 [super dealloc]，并且放在最后面调用

- (void)dealloc {
    NSLog(@"%s", __func__);
    [super dealloc];
}

dealloc 使用注意：

不能直接调用 dealloc 方法。
一旦对象被回收了, 它占用的内存就不再可用，坚持使用会导致程序崩溃(野指针错误)。

4、野指针和空指针
只要一个对象被释放了，我们就称这个对象为「僵尸对象(不能再使用的对象)」。
当一个指针指向一个僵尸对象(不能再使用的对象)，我们就称这个指针为「野指针」。
只要给一个野指针发送消息就会报错(EXC_BAD_ACCESS 错误)。

RHPerson *person1 = [[RHPerson alloc] init];
[person1 release];
[person1 release];
[person1 release];

为了避免给野指针发送消息会报错，一般情况下，当一个对象被释放后我们会将这个对象的指针设置为空指针。
空指针：
- 没有指向存储空间的指针(里面存的是 nil, 也就是 0)。
- 给空指针发消息是没有任何反应的。
```
RHPerson *person1 = [[RHPerson alloc] init];
[person1 release];
person1 = nil;
[person1 release];
```

二、内存管理思想

1、单个对象内存管理思想

思想一：自己创建的对象，自己持有，自己负责释放

通过 alloc、new、copy 或 mutableCopy 方法创建并持有对象。
当自己持有的对象不再被需要时，必须调用 release 或 autorelease 方法释放对象。

id obj1 = [[NSObject alloc] init];
[obj1 release];

id obj2 = [NSObject new];
[obj2 release];

思想二：非自己创建的对象，自己也能持有

除了用上面方法(alloc / new / copy / mutableCopy 方法)所取得的的对象，因为非自己生成并持有，所以自己不是该对象的持有者。
通过调用 retain 方法，即便是非自己创建的对象，自己也能持有对象。
同样当自己持有的对象不再被需要时，必须调用 release 方法来释放对象。

id obj3 = [NSArray array];
[obj3 retain];
[obj3 release];

无论是否是自己创建的对象，自己都可以持有，并负责释放。
计数器有加就有减。
曾经让对象的计数器 +1，就必须在最后让对象计数器 -1。

2、多个对象内存管理思想

多个对象之间往往是通过 setter 方法产生联系的，其内存管理的方法也是在 setter 方法、dealloc 方法中实现的。所以只有了解了 setter 方法是如何实现的，我们才能了解到多个对象之间的内存管理思想。

#import <Foundation/Foundation.h>

#import "RHRoom.h"

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface RHPerson : NSObject

{
    RHRoom *_room;
}

- (void)setRoom:(RHRoom *)room;

- (RHRoom *)room;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "RHPerson.h"

@implementation RHPerson

- (void)setRoom:(RHRoom *)room {
    if (_room != room) {
        [_room release];
        _room = [room retain];
    }
}

- (RHRoom *)room {
    return _room;
}

- (void)dealloc {
    [_room release];
    [super dealloc];
    NSLog(@"%s", __func__);
}

@end

三、 `@property` 参数

在成员变量前加上 @property，系统就会自动帮我们生成基本的 setter / getter 方法，但是不会生成内存管理相关的代码。

@property(nonatomic) int val;

同样如果在 property 后边加上 assign，系统也不会帮我们生成 setter 方法内存管理的代码，仅仅只会生成普通的 getter / setter 方法，默认什么都不写就是 assign。

@property(nonatomic, assign) int val;

如果在 property 后边加上 retain，系统就会自动帮我们生成 getter / setter 方法内存管理的代码，但是仍需要我们自己重写 dealloc 方法。

@property(nonatomic, retain) RHRoom *room;

四、自动释放池

1、自动释放池

当我们不再使用一个对象的时候应该将其空间释放，但是有时候我们不知道何时应该将其释放。为了解决这个问题，Objective-C 提供了 autorelease 方法。

autorelease 是一种支持引用计数的内存管理方式，只要给对象发送一条 autorelease 消息，会将对象放到一个自动释放池中，当自动释放池被销毁时，会对池子里面的「所有对象」做一次 release 操作。

注意：这里只是发送 release 消息，如果当时的引用计数(reference-counted)依然不为 0，则该对象依然不会被释放。

autorelease 方法会返回对象本身，且调用完 autorelease 方法后，对象的计数器不变。

NSObject *obj = [NSObject new];
[obj autorelease];
NSLog(@"obj.retainCount = %zd", obj.retainCount);

2、使用 autorelease 有什么好处呢？

不用再关心对象释放的时间
不用再关心什么时候调用release

3、autorelease 的原理实质上是什么？

autorelease 实际上只是把对 release 的调用延迟了，对于每一个 autorelease，系统只是把该对象放入了当前的 autorelease pool 中，当该 pool 被释放时，该 pool 中的所有对象会被调用 release 方法。

4、autorelease 的创建方法

// 第一种方式：使用 NSAutoreleasePool 创建
// 创建自动释放池
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// 销毁自动释放池
[pool release];

// 第二种方式：使用 @autoreleasepool 创建
@autoreleasepool {
// 开始代表创建自动释放池
// 结束代表销毁自动释放池
}

5、autorelease 的使用方法

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
RHPerson *p = [[[RHPerson alloc] init] autorelease];
[pool release];

@autoreleasepool {
// 开始代表创建自动释放池
RHPerson *p = [[[RHPerson alloc] init] autorelease];
// 结束代表销毁自动释放池
}

6、autorelease 的注意事项

并不是放到自动释放池代码中，都会自动加入到自动释放池

@autoreleasepool {
// 因为没有调用 autorelease，所以没有加入到自动释放池中
RHPerson *p = [[RHPerson alloc] init];
// 结束代表销毁自动释放池
}

在自动释放池的外部发送 autorelease 不会被加入到自动释放池中
- autorelease 是一个方法，只有在自动释放池中调用才有效。

@autoreleasepool {
}
// 没有与之对应的自动释放池, 只有在自动释放池中调用autorelease才会放到释放池
Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
[p run];
 
// 正确写法
@autoreleasepool {
    Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
 }
 
// 正确写法
Person *p = [[Person alloc] init];
@autoreleasepool {
    [p autorelease];
}

7、自动释放池的嵌套使用

自动释放池是以栈的形式存在。
由于栈只有一个入口，所以调用 autorelease 会将对象放到栈顶的自动释放池。

栈顶就是离调用 autorelease 方法最近的自动释放池。

@autoreleasepool { // 栈底自动释放池
    @autoreleasepool {
        @autoreleasepool { // 栈顶自动释放池
            Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
        }
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}

自动释放池中不适宜放占用内存比较大的对象。
- 尽量避免对大内存使用该方法，对于这种延迟释放机制，还是尽量少用。
- 不要把大量循环操作放到同一个 @autoreleasepool 之间，这样会造成内存峰值的上升。

// 内存暴涨
@autoreleasepool {
    for (int i = 0; i < 99999; ++i) {
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}

// 内存不会暴涨
for (int i = 0; i < 99999; ++i) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}

8、autorelease 错误用法

不要连续调用 autorelease。

@autoreleasepool {
 // 错误写法, 过度释放
    Person *p = [[[[Person alloc] init] autorelease] autorelease];
 }

调用 autorelease 后又调用 release(错误)。

@autoreleasepool {
    Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    [p release]; // 错误写法, 过度释放
}

五、 MRC 中避免循环引用

定义两个类 Person 类和 Dog 类

Person 类：

#import <Foundation/Foundation.h>
@class Dog;
 
@interface Person : NSObject
@property(nonatomic, retain)Dog *dog;
@end

Dog 类：

#import <Foundation/Foundation.h>
@class Person;
 
@interface Dog : NSObject
@property(nonatomic, retain)Person *owner;
@end

执行以下代码：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person *p = [Person new];
    Dog *d = [Dog new];
 
    p.dog = d; // retain
    d.owner = p; // retain  assign
 
    [p release];
    [d release];
 
    return 0;
}

就会出现 A 对象要拥有 B 对象，而 B 对应又要拥有 A 对象，此时会形成循环 retain，导致 A 对象和 B 对象永远无法释放。

那么如何解决这个问题呢？

不要让 A retain B，B retain A。
让其中一方不要做 retain 操作即可。
当两端互相引用时，应该一端用 retain，一端用 assign。

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前言：