iOS 内存管理相关知识点

一、说一下悬垂指针、野指针的区别

  • 垂悬指针

    • 指针指向的内存已经释放,但是指针还存在,这就是 垂悬指针 或者 迷途指针
  • 野指针

    • 没有进行初始化的指针都是野指针

二、说一下对 retain,copy,assign,weak,_Unsafe_Unretain 关键字的理解。

  • Strong

    • Strong 修饰符表示指向并持有该对象,其修饰对象的引用计数会加1,该对象只要引用计数不为0就不会被销毁。当然可以通过将变量强制赋值 nil 来进行销毁。
  • Weak

    • weak 修饰符指向但是并不持有该对象,引用计数也不会加1。在 Runtime 中对该属性进行了相关操作,无需处理,可以自动销毁。weak用来修饰的对象多用于避免循环引用的地方。weak 不可以修饰基本数据类型。
  • assign

    • assign主要用于修饰基本数据类型,例如NSInteger,CGFloat,存储在栈中,内存不用程序员管理。assign是可以修饰对象的,但是会出现问题。
  • copy

    • copy关键字和 strong类似,copy 多用于修饰有可变类型的不可变对象上 NSString,NSArray,NSDictionary上。
  • __unsafe_unretain

    • __unsafe_unretain 类似于 weak ,但是当对象被释放后,指针已然保存着之前的地址,被释放后的地址变为 僵尸对象,访问被释放的地址就会出问题,所以说他是不安全的。
  • __autoreleasing

    • 将对象赋值给附有 __autoreleasing修饰的变量等同于 ARC 无效时调用对象的 autorelease 方法,实质就是扔进了自动释放池。

三、浅拷贝(copy)和 深拷贝(mutablecopy)

1、使用深拷贝、浅拷贝的几种情况:

  • 对不可变的非集合对象(NSString):

    • copy是指针拷贝,mutablecopy是内容拷贝
  • 对于可变的非集合对象如(NSMutableString):

    • copy,mutablecopy都是内容拷贝
  • 对不可变的数组、字典、集合等集合类对象:

    • copy是指针拷贝,mutablecopy是内容拷贝
  • 对于可变的数组、字典、集合等集合类对象,copy,mutablecopy都是内容拷贝。

对于集合对象的内容复制仅仅是对对象本身,但是对象的里面的元素还是指针复制。

2、要想复制整个集合对象,把对象里面的元素也内容copy,有两种实现方法:

  1. 使用initWithArray:copyItems:方法,将第二个参数设置为YES即可如下:
NSDictionary *shallowCopyDict = [[NSDictionary alloc] initWithDictionary:someDictionary copyItems:YES];
  1. 将集合对象进行归档(archive)然后解归档(unarchive):
NSArray *trueDeepCopyArray = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithData:[NSKeyedArchiver archivedDataWithRootObject:oldArray]];

四、能不能简述一下Dealloc的实现机制

Dealloc 的实现机制是内容管理部分的重点,把这个知识点弄明白,对于全方位的理解内存管理的只是很有必要。

Dealloc 调用流程

  1. 当对象的引用计数为0时,系统会调用对象的dealloc方法释放
  2. 然后会调用_objc_rootDealloc(self);
  3. 接下来调用 rootDealloc()

rootDealloc()内部实现

  1. 判断对象是否采用了Tagged Pointer技术(主要处理NSNumber简单对象类型),用到就直接return,没有的就往下面走

  2. 这时候就会判断这个对象是否可以快速释放,判断的主要条件5个,判断是否有一下五种情况:

    1. isa.nonpointer:对象采用了优化的isa计数方式
    2. !isa.weakly_referenced:对象没有被弱引用
    3. !isa.has_assoc:对象没有关联对象
    4. !isa.has_cxx_dtor:对象没有自定义的C++析构函数
    5. !isa.has_sidetable_rc:对象没有用到sideTable来做引用计数
  3. 如果以上判断都符合条件的话,就会调用C函数free将对象释放。以上条件判断没有通过,做下一步object_dispose处理。

object_dispose()内部实现

  1. 先调用 objc_destructInstance()。
  2. 之后调用 C函数的 free()。

objc_destructInstance()内部实现

  1. 先判断hasCxxDtor,如果有C++的相关内容要调用object_cxxDestruct()相关内容。
  2. 再判断 hasAssocitatedObjects,如果有的话,要调用 object_remove_associations(),销毁关联对象的一系列操作。
  3. 然后调用clearDeallocating()
  4. 执行完毕

clearDeallocating内部实现

  1. 如果要释放的对象没有采用了优化过的isa引用计数,sidetable_clearDeallocating()处理引用计数。
  2. 如果要释放的对象采用了优化过的isa引用计数,并且有弱引用或者使用了sideTable的辅助引用计数。再执行 weak_clear_no_lock,在这一步骤中,会将指向该对象的弱引用指针置为 nil。
  3. 接下来执行 table.refcnts.eraser(),从引用计数表中擦除该对象的引用计数。
  4. 至此为止,Dealloc 的执行流程结束

整个dealloc执行流程图如下:

delloc释放流程.jpeg

五、内存中的5大区分别是什么

  • 栈区(stack):由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其 操作方式类似于数据结构中的栈。

  • 堆区(heap):一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。

  • 全局区(静态区)(static):全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的 全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后由系统释放。

  • 文字常量区:常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放。

  • 程序代码区:存放函数体的二进制代码。

六、内存管理方案

  • taggedPointer :存储小对象如NSNumber
  • NONPOINTER_ISA(非纯指针型的isa):在64位架构下,isa指针是占64比特位的,实际上只有30多位就已经够用了,为了提高利用率,剩余的比特位存储了内存管理的相关数据内容。
  • 散列表:复杂的数据结构,包括了引用计数表和弱引用表通过SideTables()结构来实现的,SideTables()结构下,有很多SideTable的数据结构。而sideTable当中包含了自旋锁,引用计数表,弱引用表。

SideTables()实际上是一个哈希表,通过对象的地址来计算该对象的引用计数在哪个sideTable中。

引用计数表和弱引用表实际是一个哈希表,来提高查找效率

自旋锁:自旋锁是“忙等”的锁。适用于轻量访问。

引用计数表和弱引用表实际是一个哈希表,来提高查找效率。

七、讲一下@dynamic关键字

@dynamic 意味着编译器不会帮助我们自动合成 setter 和 getter 方法的实现,只是方法声明,没有方法的实现。

八、@autoreleasePool的数据结构

@autoreleasePool 数据结构:

  • 简单说是双向链表,每张链表头尾相接,有parent、child指针。
  • 每创建一个池子,会在首部创建一个哨兵对象,作为标记。
  • 最外层池子的顶端会有一个next指针。当链表容量满了,就会在链表的顶端,并指向下一张表。

九、访问__weak修饰的变量,是否已经被注册在了@autoreleasePool 中?为什么?

肯定注册在autoreleasePool,因为:

  • __weak修饰的变量属于弱引用,如果没有被注册到 @autoreleasePool中,创建之后也就会随之销毁。
  • 为了延长它的生命周期,必须注册到 @autoreleasePool中,以延缓释放。

十、retain\release的实现机制

retain的实现机制:

SideTable& table = SideTables()[This];

size_t& refcntStorage = table.refcnts[This];

refcntStorage += SIZE_TABLE_RC_ONE;

release的实现机制:

SideTable& table = SideTables()[This];

size_t& refcntStorage = table.refcnts[This];

refcntStorage -= SIZE_TABLE_RC_ONE;

retain\release实现机制就是就三步:

  1. 通过一次hash算法,找到指针变量所对应的sideTable
  2. 在通过一次hash算法,找到存储引用计数的 size_t
  3. 然后对其进行增减操作

retainCount 不是固定的 1,SIZE_TABLE_RC_ONE 是一个宏定义,实际上是一个值为 4 的偏移量。

十一、ARC 的 retainCount 怎么存储的?

存在64张哈希表中,根据哈希算法去查找所在的位置,无需遍历,十分快捷。

  • 散列表(引用计数表、weak表)
    • SideTables表在非嵌入式的64位系统中,有 64张SideTable表
    • 每一张 SideTable 主要是由三部分组成:
      1. 自旋锁
      2. 引用计数表
      3. 弱引用表

全局的 引用计数 之所以不存在同一张表中,是为了避免资源竞争,解决效率的问题

引用计数表中引入了分离锁的概念,将一张表分拆成多个部分,对他们分别加锁,可以实现并发操作,提升执行效率

  • 引用计数表(哈希表)

    • 通过指针的地址,查找到引用计数的地址,大大提升查找效率

    • 通过 DisguisedPtr(objc_object) 函数存储,同时也通过这个函数查找,这样就避免了循环遍历。

十二、BAD_ACCESS 在什么情况下出现?

访问了已经被销毁的内存空间,就会报出这个错误。
根本原因是有 悬垂指针 没有被释放。

十三、autoReleasePool什么时候释放?

首先App启动后,苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer,其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()

  1. 第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop),其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是 -2147483647,优先级最高,保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

  2. 第二个 Observer 监视了两个事件:

    1. 监听第一个事件就是BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池;
    2. 第二个事件监听 Exit(即将退出Loop)事件 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647,优先级最低,保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

在主线程执行的代码,通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着,所以不会出现内存泄漏,开发者也不必显示创建 Pool 了。

十四、ARC 在编译时和运行时各做了哪些工作

1.编译时:

根据代码执行的上下文语境,在适当的位置插入 retain,release

2.运行时:

  • 主要是指 weak 关键字。

weak 修饰的变量能够在引用计数为0 时被自动设置成 nil,显然是有运行时逻辑在工作的。

  • 保证向后兼容性.

ARC 在运行时检测到类函数中的 autorelease 后紧跟其后retain,此时不直接调用对象的 autorelease方法,而是改为调用 objc_autoreleaseReturnValue。

objc_autoreleaseReturnValue 会检视当前方法返回之后即将要执行的那段代码,若那段代码要在返回对象上执行 retain 操作,则设置全局数据结构中的一个标志位,而不执行 autorelease 操作。

与之相似,如果方法返回了一个自动释放的对象,而调用方法的代码要保留此对象,那么此时不直接执行 retain ,而是改为执行 objc_retainAoutoreleasedReturnValue函数。

此函数要检测刚才提到的标志位,若已经设置标志位,则不执行 retain 操作,设置并检测标志位,要比调用 autorelease 和retain更快。

十五、__weak 和 _Unsafe_Unretain 的区别?

weak 修饰的指针变量,在指向的内存地址销毁后,会在 Runtime 的机制下,自动置为 nil。
_Unsafe_Unretain不会置为 nil,容易出现 悬垂指针,发生崩溃。但是 _Unsafe_Unretain 比 __weak 效率高。

十六、__weak 属性修饰的变量,如何实现在变量没有强引用后自动置为 nil ?

用的弱引用表,也是一张哈希表。

被 weak 修饰的指针变量所指向的地址是 key ,所有指向这块内存地址的指针会被添加在一个数组里,这个数组是 Value。当内存地址销毁,数组里的所有对象被置为 nil。

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