理解循环引用是怎么产生的

一、 内存区域划分

在计算机系统中,运行的应用程序的数据都是保存在内存中的,不同类型的数据,保存在不同的内存区域中。

栈区(stack):栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。存放程序的局部变量,先进后出,操作方式类似于数据结构中的栈。
在函数被调用时,栈用来传递参数和返回值。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。程序猿不需要管理栈区变量的内存。—— 栈区地址从高到低分配

堆区(heap):堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。堆内存由开发者负责分配(使用alloc)、释放, 若不释放,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,分配方式类似于链表。
系统收到程序的申请时,会遍历记录空闲内存地址的链表,以求寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,新申请的内存块的首地址记录本次分配的内存块大小。—— 堆区的地址是从低到高分配

全局区/静态区 :全局变量和静态变量的存储是放在一起的,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静态变量在相邻的另一块区域,BSS 通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称

常量区 :存储常量字符串

代码区:代码段是用来存放可执行文件的操作指令(存放程序的二进制代码),也就是说是它是可执行程序在内存种的镜像。代码段需要防止在运行时被非法修改,所以只准许读取操作,而不允许写入操作——它是不可写的。

内存分区.png
二、IOS内存管理

1) 引用计数
引用计数(Reference Count)是一个简单而有效的管理对象生命周期的方式。当我们创建一个新对象的时候,它的引用计数为 1,当有一个新的指针指向这个对象时,我们将其引用计数加 1,当某个指针不再指向这个对象是,我们将其引用计数减 1,当对象的引用计数变为 0 时,说明这个对象不再被任何指针指向了,这个时候我们就可以将对象销毁,回收内存。由于引用计数简单有效,除了 Objective-C 和 Swift 语言外,微软的 COM(Component Object Model )、C++11(C++11 提供了基于引用计数的智能指针 share_prt)等语言也提供了基于引用计数的内存管理方式。

引用计数.png

2)自动引用计数(ARC)
苹果在 2011 年的时候,在 WWDC 大会上提出了自动的引用计数(ARC)。ARC 背后的原理是依赖编译器的静态分析能力,在编译时找到正确的位置插入引用计数管理代码。
ARC 是 LLVM 3.0 编译器的特性,用来自动管理内存。与 Java 中 GC 不同,ARC 是编译器特性,而不是基于运行时的,所以 ARC 其实是在编译阶段自动帮开发者插入了管理内存的代码,而不是实时监控与回收内存。

3)ARC 下的内存管理问题
ARC 能够解决 iOS 开发中 90% 的内存管理问题,但是另外还有 10% 内存管理,是需要开发者自己处理的,这主要就是与底层 Core Foundation 对象交互的那部分,底层的 Core Foundation 对象由于不在 ARC 的管理下,所以需要自己维护这些对象的引用计数。

对于 ARC 盲目依赖的 iOS 新手开发者,他们的问题主要体现在:

  1. 无法解决循环引用问题
  2. 遇到底层 Core Foundation 对象,需要自己手工管理它们的引用计数时,显得一筹莫展
三、循环引用的问题
1)循环引用的产生

内存分为 堆区、栈区、静态区,其中栈区和静态区由系统负责管理,不需要我们做什么。所以我们只需要关注堆区的内存分配与释放,而循环引用的产生,也与其息息相关。

下图是内存正常回收的过程:

内存正常回收.png

下面是产生循环引用导致内存泄漏的过程:

循环引用.png

由上图可以发现,形成循环引用时,对象之间的持有关系构成一个有向环。结论:对象的持有关系只要形成有向环,就会导致循环引用!

2)环的产生
对于堆内存的持有方式,有两种:

第一种:外部指针(栈内指针)指向堆内存
每个 Objective-C 对象都是指向某块内存数据的指针,所以在声明变量时,类型后面要跟一个“*”字符:

NSString *pointerVariable = @"someString";

pointerVariable是栈上的一个指针变量,@"someString"是堆上的内存对象,pointerVariable变量中存放着堆上对象的内存地址。

下图表示,两个外部指针(栈中的指针)指向堆内的一块内存:

栈指针指向堆内存

由图可知,无论有多少外部指针,都不会在堆内产生环。

第二种:堆内指针对堆内存的引用
下面的图添加了堆内指针对堆内存的引用:

堆对堆的引用

由图可知,堆内指针对堆内存的引用,才有可能产生环。外部指针和堆内指针共同决定一个对象的引用计数。

3)打破环
理解了环是怎么产生的,就知道该怎么以合适的方式打破环,从而避免由于循环引用而导致的内存泄漏问题。具体该怎么做,网上有许多文章都讲解的非常透彻,这里不再重复了。

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