iOS内存管理之__weak

iOS开发中经常会用到__weak关键字,那__weak的功能是什么估计大家都知道,但是苹果是怎么实现的估计不是都知道,今天我就跟大家聊聊苹果是怎么实现__weak的。

__weak是比较神奇的存在,如同魔法一样。主要功能如下:

  • 若附有__weak修饰符的变量所引用的对象被废弃,则将nil赋值给该变量。
  • 使用附有__weak修饰符的变量,即是使用注册到autoreleasepool中的对象。

下面我逐一看看苹果的实现。

首先确认:若附有__weak修饰符的变量所引用的对象被废弃,则将nil赋值给该变量。

先看如下代码:

{
    id __weak obj1 = obj;
}

假设变量obj变量附加__strong修饰符且对象被赋值。

通过运行clang可以看到代码的汇编输出(后面会有专门的文章讲怎么看汇编输出),汇编转为模拟代码如下:

 id obj1;
 obj_initWeak(&obj1,obj);
 obj_destoryWeak(&obj1);

通过obj_initWeak函数初始化附有__weak修饰符的变量,在变量作用域结束时通过obj_destoryWeak函数释放该变量。
如以下源代码所示,obj_initWeak函数将附有__weak修饰符的变量初始化为0后,会将赋值对象作为参数调用obj_storeWeak函数。

obj1 = 0;
obj_storeWeak(&obj1,obj);

obj_destoryWeak函数将0作为参数调用obj_storeWeak;

obj_storeWeak(&obj1,0);

所以前面的代码与下面代码相同:

id obj1;
obj1 = 0;
obj_storeWeak(&obj1,obj);
obj_storeWeak(&obj1,0);

obj_storeWeak函数把第二个参数的赋值对象的地址作为键值,将第一个参数的附有__weak修饰符的变量的地址注册到weak表中。如果第二参数为0,则把变量的地址从weak表中删除。
weak表与引用计数表相同,作为散列表被实现。如果使用weak表,将废弃对象的地址作为键值进行检索,就能高速的获取对应的附有__weak修饰符的变量的地址。另外,由于一个对象可以同时赋值给对个附有__weak修饰符的变量中,所以对于一个键值,可注册多个变量的地址。
释放对象时,废弃谁都不持有的对象的同时,程序的动作是怎样呢?下面我们来观察。对象将通过obj_release函数释放。
(1) obj_release
(2) 因为引用计数为0所以执行dealloc
(3) _obj_rootDealloc
(4) object_dispose
(5) objc_destructInstance
(6) objc_clear_deallocating

对象被废弃时最后调用的objc_clear_deallocating 函数的动作如下:
(1) 从weak表中获取废弃对象的地址作为键值的记录。
(2) 将包含在记录中的所有附有__weak修饰符变量的地址,赋值为nil
(3) 从weak表中删除该记录。
(4) 从引用计数表中删除废弃对象的地址作为键值的记录。

根据以上步骤,前面说的如果附有__weak修饰符的变量所引用的对象被废弃,则将nil赋值给该变量这一功能即将被实现。由此可知,如果大量使用__weak修饰符的变量,则会消耗相应的CPU资源。良策是只在需要避免循环引用时使用__weak修饰符。

使用__weak修饰符时,以下源代码会引起编译器警告。

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

因为该源代码将自己生成并持有的对象赋值给附有__weak修饰符的变量中,所以自己不能持有该对象,这时会被释放并被废弃,因此会引起编译器警告。

编译器如何处理该源代码呢?

id obj;
id tmp = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
objc_msgSend(tmp, @selector(init));
objc_initWeak(&obj,tmp);
obj_release(tmp);
objc_destroyWeak(&obj);

虽然自己生成并持有的对象通过objc_initWeak函数被赋值给附有__weak修饰符的变量中,但编译器判断其没有持有者,故该对象立即通过objc_release函数被释放和废弃。
这样一来,nil就会被赋值给引用废弃对象的附有__weak修饰符的变量中。下面通过NSLog函数来验证一下。

id __weak obj = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"obj=%@",obj);

以下为该源代码的输出结果,其中%@输出nil.

obj=(null)

下面我们来确认另一功能:使用附有__weak修饰符的变量,即是使用注册到autoreleasepool中的对象。

{
id __weak obj1 = obj;
NSLog(@"%@",obj1);
}

该源代码可转换为如下形式:

id obj1;
objc_initWeak(&obj1, obj);
id tmp = objc_loadWeakRetained(&obj1);
objc_autorelease(tmp);
NSLog(@"%@",tmp);
objc_destroyWeak(&obj1);

与赋值时相比,在使用附有__weak修饰符变量的情形下,增加了对objc_loadWeakRetained函数和objc_autorelease函数的调用。这些函数的动作如下。
(1)objc_loadWeakRetained函数取出附有__weak修饰符变量所引用的对象并retain.
(2)objc_autorelease函数将对象注册到autoreleasepool中。

由此可知,因为附有__weak修饰符变量所引用的对象像这样被注册到autoreleasepool中,所以在@ autoreleasepool块结束之前都可以放心使用,但是,如果大量的使用附有__weak修饰符的变量,注册到autoreleasepool的对象也会大量的增加,因此在使用附有__weak修饰符的变量时,最好先暂时赋值给附有__strong修饰符的变量后再使用。

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