iOS 底层 - 内存管理之自动释放池与RunLoop

本文源自本人的学习记录整理与理解,其中参考阅读了部分优秀的博客和书籍,尽量以通俗简单的语句转述。引用到的地方如有遗漏或未能一一列举原文出处还望见谅与指出,另文章内容如有不妥之处还望指教,万分感谢 !

缘分一道桥.png

自动释放池是什么嘞 ?

自动释放池:即@autoreleasepool,通过AutoreleasePoolPage来管理调用了autorelease方法的对象,把该对象在合适的时机释放掉,这就是自动释放池

自动释放池的主要底层数据结构是:__AtAutoreleasePoolAutoreleasePoolPage

release 和 drain的区别

当我们向自动释放池 pool 发送 release 消息,将会向池中临时对象发送一条 release 消息,并且自身也会被销毁
向它自动释放池发送drain消息时,将会向池中临时对象发送一条release消息同时在支持 GC 的系统中(Mac)可以引起 GC 回收操作,而 release 不可以

官方解释
release:清空自动释放池且把自动释放池对象释放。(ARC)
drain:清空自动释放池

  • 原理:

define POOL_BOUNDARY nil ;nil值为0 ,是一个哨兵对象

  • 假设还没有创建AutoreleasePoolPage,从第一个autorelease对象开始

  • 调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈(不是栈空间,而是数据结构中的栈),并且返回POOL_BOUNDARY存储的内存地址

  • 调用push方法开始存放第一个autorelease对象的地址,返回存储的地址

  • 调用pop方法时传入一个POOLBOUNDARY的内存地址,会从最后一个入栈的对象开始发送release消息,直到遇到这个POOL_BOUNDARY

  • id *next 是查询指针,指向下一个可以用来存放autorelease对象地址的区域,

POOL_BOUNDARY是一个标记,代表一个自动释放池和另一个自动释放池的边界,所以存取都需要

@autoreleasepool 最终会在大括号的开始和结束生成以下两行代码:

@autoreleasepool {
                      //添加
                     atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();

                      实现了autorelease的对象

                     //推出
                    objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
          }

直观的代码逻辑展示

 @autoreleasepool {
      atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
        
         @autoreleasepool {
                atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
        
                    @autoreleasepool {
                                atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();

                                    for (   循环  )   {  
                                            @autoreleasepool ........
                                          }

                             objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
                          }

              objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
       }
       objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
    }

从runtime源码中找实现

void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

NEVER_INLINE
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}

push()


 id *autoreleaseNewPage(id obj)
    {
        //创建
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        //把需要加入的对象添加(page->add(obj))进来
        if (page) return autoreleaseFullPage(obj, page);
        else return autoreleaseNoPage(obj);
    }

 static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (slowpath(DebugPoolAllocation)) {//当前没有pool page
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
            //传入POOL_BOUNDARY,新创建一个pool page并把obj地址添加进去
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {//直接传入POOL_BOUNDARY,并把obj地址添加进去
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        ASSERT(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }

pop()

static inline void
    pop(void *token)//token:POOL_BOUNDARY的地址
    {
        AutoreleasePoolPage *page;
        id *stop;
        if (token == (void*)EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) {
            // Popping the top-level placeholder pool.
            拿到当前页释放池
            page = hotPage();
            if (!page) {
                // Pool was never used. Clear the placeholder.
                return setHotPage(nil);
            }
            // Pool was used. Pop its contents normally.
            // Pool pages remain allocated for re-use as usual.
            拿到上一页释放池
            page = coldPage();
            获取第一个存储位
            token = page->begin();
        } else {
            传入POOL_BOUNDARY的地址,找到page
            page = pageForPointer(token);
        }
        
        停止位
        stop = (id *)token;
        if (*stop != POOL_BOUNDARY) {
            if (stop == page->begin()  &&  !page->parent) {
                // Start of coldest page may correctly not be POOL_BOUNDARY:
                // 1. top-level pool is popped, leaving the cold page in place
                // 2. an object is autoreleased with no pool
            } else {
                // Error. For bincompat purposes this is not 
                // fatal in executables built with old SDKs.
                return badPop(token);
            }
        }

        if (slowpath(PrintPoolHiwat || DebugPoolAllocation || DebugMissingPools)) {
            return popPageDebug(token, page, stop);
        }
        从最后一个入栈的对象开始发送release消息,直到遇到这个POOL_BOUNDARY返回
        return popPage<false>(token, page, stop);
    }

AutoreleasePoolPage结构

PoolPage结构图.png
  • 每个AutoreleasePoolPage对象占用4096字节内存,除了用来存储它内部成员变量占用56字节外,剩下的空间用来存放autorelease对象的地址
    如果内存不够了,就会再创建一个新的AutoreleasePoolPage对象接着存

  • 所有的AutoreleasePoolPage对象是通过双向链表的形式连接在一起,第一页的上一页是0,最后一页的下一页是0

双向链表:第一个对象可以通过指针一个一个找到最后一个对象,最后一个对象也可以通过指针一个一个找到第一个对象,这种结构的链表被认为是双向链表;

缘分一道桥设计思路:

一条锁链搭建的吊桥,两条粗壮的锁链;假设建造过程是这样的:一条从第一块桥板的左边穿过,一直到最后一块木板到达对岸,另一条从最后一块桥板开始往回穿过,一直到回到第一块桥板的右边;这个过程不就像极了双向链表嘛 😁😁😁😁😁😁😁😁

双向链表.png

自动释放池与RunLoop有啥关系 ?

先看看主线程的Runloop做了什么

RunLoop活动状态

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
 kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),            ==  1
 kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),  == 2
 kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), == 4
 kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), == 32
 kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), == 64
 kCFRunLoopExit = (1UL << 7), == 128
 kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
 };
 */


/*

 kCFRunLoopEntry  push
 
 <CFRunLoopObserver>{
valid = Yes, 
activities = 0x1, 活动状态值 0x1  = 1 --> kCFRunLoopEntry
repeats = Yes, 
order = -2147483647, 
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x103376df2), context = {type = mutable-small, count = 1, values = (t0 : <0x7fd0bf802048>)}
}
 
 
 kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit
 kCFRunLoopBeforeWaiting pop、push
 kCFRunLoopExit pop
 
 <CFRunLoopObserver>{
valid = Yes, 
活动状态值 0xa0 == 160 = 32 + 128 ;  -->  kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit
activities = 0xa0, 
repeats = Yes, 
order = 2147483647, 
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x103376df2), context = {type = mutable-small, count = 1, values = (t0 : <0x7fd0bf802048>)
}
}

梳理一下:

activities = 0x1
活动状态值 0x1 = 1 --> kCFRunLoopEntry
activities= 0xa0
活动状态值 0xa0 == 160 = 32 + 128 ; --> kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit

kCFRunLoopEntry: 开始进入runloop
kCFRunLoopBeforeWaiting:runloop开始休眠
kCFRunLoopExit:runloop退出

  • 主线程的runloop中注册了2个Observer(监听器)
  • 第1个Observer:
    • 监听kCFRunLoopEntry事件,触发就会调用objc_autoreleasePoolPush()函数
  • 第2个Observer:
    • 监听kCFRunLoopBeforeWaiting事件,触发就会调用objc_autoreleasePoolPop()和objc_autoreleasePoolPush()函数
    • 监听kCFRunLoopExit事件,触发就会调用objc_autoreleasePoolPop()

看一行代码来对其进行分析

XYHPerson *person = [[[XYHPerson alloc] init] autorelease];
  • 这个Person什么时候调用release,是由RunLoop来控制的
  • 它可能是在某次RunLoop循环中 ,在RunLoop休眠或退出之前调用了release

开发中实现的对象调用atuorelease方法会加入到main函数中的@atuoreleasepool吗 ?

不会,main函数中@atuoreleasepool是专门为main函数使用的;不会用作其他用途;

开发中实现的对象调用atuorelease方法只会加入当前自动释放池,如果当前没有自动释放池,会新创建一个添加

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