iOS的引用计数与循环引用

什么是引用计数?

引用计数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时,它的引用计数为1
  • 当有一个新的指针指向这个对象时,我们将引用计数加1
  • 当某个指针不再指向这个对象时,我们将引用计数减1
  • 当对象的引用计数为0时,说明这个对象不再被任何指针指向了,就可以将对象销毁,回收内存
memory-ref-count.png.jpeg

引用计数的运用场景

引用计数真正派上用场的场景是在面向对象的程序设计架构中,用于对象之间传递和共享数据。

以对象M为例,哪些对象需要长时间使用这个对象,就把它的引用计数加1,使用完之后再把引用计数减1.所有对象都遵守这个规则的话,对象的生命周期管理就可以完全交给引用计数了。

ARC下的常见内存管理问题

循环引用问题 (Reference Cycle)

引用计数这种管理内存的方式虽然简单,但是有一个比较大的瑕疵,它不能很好的解决循环引用问题

  1. 什么是循环引用问题?

对象A和对象B,相互引用了对方作为自己的成员变量,只有当自己销毁时,才会将成员变量的引用计数减1,这就导致了A的销毁依赖于B的销毁,同样B的销毁依赖于A的销毁,这样就造成了循环引用问题。

memory-cycle-1.png.jpeg

不仅仅只在两个对象中存在循环引用问题,多个对象依次持有对方,形成一个环状,也会造成循环引用问题。

memory-cycle-2.png
  1. 如何解决循环引用问题?
主动断开循环引用

在合理的位置主动断开环中的一个引用,使得对象得以回收。


memory-cycle-3.png

主动断开循环引用这种方式常见于各种与block相关的代码逻辑中。

例如:网络请求的回调block是被持有的,如果这个block中又存在对于View Controller的引用,就容易产生循环引用。

  • Controller 持有网络请求对象
  • 网络请求对象持有了回调的block
  • 回调的block里面使用了self,所以持有了Controller
// View Controller

- (void)sendRequest {
// Controller 持有网络请求对象
    Request *request = [Request alloc] initWithPath:@"https://www.baidu.com"];
    [request startWithCompletionBlockWithSuccess:^(Block block) {
    // 回调的block里面使用了self,所以持有了Controller
        [self reloadView];
    } failure:^(NSError *error) {
        [self toast];
    }
}

// Request

// 网络请求对象持有了回调block
- (void)startWithCompletionBlockWithSuccess:(void (^)(Block block))success failure:(void (^)(NSError *error) {
    self.successCompletionBlock = success;
    self.failureCompletionBlock = failure;
}

解决这个问题的办法就是在网络请求结束后,主动释放对block的持有,打破循环引用

- (void)clearCompletionBlock {
    self.successCompletionBlock = nil;
    self.failureCompletionBlock = nil;
}
使用弱引用

主动断开循环引用需要程序员能够准确发现循环引用,并知道什么时机断开循环引用,所以这种解决方法并不常见,更常见的办法是使用弱引用

弱引用虽然持有对象,但是不增加引用计数,这样就避免了循环引用的产生。例如delegate模式中的weak声明。View Controller的delegate成员变量通常是一个弱引用,以避免两个View Controller互相引用对方造成循环引用。

memory-cycle-4.png.jpeg
弱引用的实现原理

系统对于每一个有弱引用的对象,都维护一个表来记录它所有的弱引用的指针地址。当一个对象的引用计数为0时,系统就通过这张表,找到所有的弱引用指针,将他们置为nil。弱引用的使用是有额外的开销的,虽然这个开销很小,但是如果肯定不需要使用弱引用特性时,就不应该盲目使用弱引用

Block如何避免循环引用
  • 当block本身不被self持有,而被别的对象持有,同时不产生循环引用的时候,就不需要weakself,最常见的代码就是UIView的动画代码
[UIView animateWithDuration:0.2 animations:^{  
  self.alpha = 1;
}];
  • 通过weakSelf和strongSelf解决循环引用
__weak __typeof (self)weakSelf = self;

_observer = [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserverForName:@"Change" object:nil queue:[NSOperationQueue mainQueue] usingBlock:^(NSNotification * _Nonnull note) {
    __strong __typeof(weakSelf)strongSelf = weakSelf;
    if (strongSelf) {
        [strongSelf reload];
    }
}
  1. 在block之前定义对self的弱引用weakSelf,因为是弱引用,所以self被释放时weakSelf会变成nil
  2. 在block中引用该弱引用,考虑到多线程情况,通过强引用strongSelf来引用该弱引用,如果self不为nil,就会retain self,以防在block内部使用过程中self被释放
  3. 在block块中使用该强引用strongSelf,注意对strongSelf进行nil检测,因为多线程在弱引用weakSelf对强引用strongSelf赋值时,弱引用weakSelf可能已经为nil了
  4. 强引用strongSelf在block作用域结束之后,自动释放
  • weakSelf为什么需要strongSelf配合使用

在block块中先写一个strongSelf,是为了避免在block的执行过程中,突然出现self被释放的情况。

__weak与__block的区别

__weak可以避免循环引用,__block不能避免循环引用,__block的作用是提升变量的作用域

总结

  • 引用计数是一种简单高效的管理对象生命周期的方法
  • 引用计数无法避免循环引用
  • 循环引用的解决分为弱引用(事先规避)和主动断开循环引用(事后补救)两个方案
  • __weak 可以避免循环引用,但是其存在外部对象释放后,block内部也访问不到这个对象的问题,所以我们通过在block内部声明一个 __strong的变量来指向weakObj,使得外部对象既能在block内部保持,又能避免循环引用的问题
  • __block无法避免循环引用的问题,它的作用是提升了变量的作用域,在block内外访问的都是同一个对象,如果想要在block中改变变量的值,就需要在变量声明的时候加上__block修饰符
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