内存布局

• 1. 内存区域: 内核区(low) - 程序加载 - 保留(high)
  • 程序:
    • 未初始化数据(.bss)
    • 已初始化数据(.data)
    • 代码段(.text)
  • 栈(stack) : 方法函数(high->low), 方法的调用
  • 堆(heap) : 对象和block(low->high), 通过alloc分配的对象
  • 内存布局
    • bss: 未初始化的全局变量等
    • data: 已初始化的全局变量等
    • text: 程序代码

内存管理方案

iOS如果对内存进行管理? 针对不同场景, 进行不同的管理

• 1. 小对象: TaggedPointer(NSNumber等)
• 2. 64位对象: NONPOINTER_ISA(非指针型isa)
  • 第1位: 0-> 指针型isa; 1-> 非指针型
  • 第2位: has_assoc当前对象是否有关联对象(0: 无, 1: 有)
  • 第3位: has_cxx_dtor当前对象是否有使用到C++语言或者代码
  • 第4-36位: 保存当前对象的类对象的指针地址
  • 第37-42位: magic
  • 第43位: waekly_referenced标识当前对象是否有弱引用指针
  • 第44位: deallocating当前对象是否正在做dealloc操作
  • 第45位: has_sidetable_rc当前isa指针中所存储的引用计数已经达到上限的话
  • 第45-64位:extra_rc额外的引用计数
• 3. 散列表: 是一个复杂的数据结构, 其中包含了引用计数表和弱引用表
  • SideTables()结构:
    • SideTables
• 4. Side Table:
  • Side Table
  • 为什么不是一个Side Table?
    • 如果只有一个SideTable, 那么在不同线程的所有的数据都会访问这个表, 因此改表需要加锁, 而当所有数据都要访问的时候, 此时就会产生效率的问题, 所以此时系统引入了分离锁
  • 分离锁: 拆分为多个SideTable, 提高访问效率
  • 怎样实现快速分流?(我通过一个对象的指针, 如何快速的定位到它属于sideTables中的哪一张表)
    • SideTables的本质是一张Hash表
      • Hash查找
      • Hash查找的过程:
        • 哈希取余查找, 提高查找效率 - 防止遍历

数据结构

• 1. 自旋锁(Spinlock_t)
  • 忙等的锁, 如果当前锁, 已经被其他线程获取, 那么当前现场会不断探测该锁有没有被释放, 如果释放了, 第一时间获取该锁
  • 适用于轻量访问
  • 是否使用过自旋锁, 自旋锁与普通锁有何区别, 自旋锁的使用场景?
    • !!!
  • 自旋锁与普通锁有何区别?
    • 正常的信号量 : 当获取不到锁的时候, 会把自己的线程阻塞休眠; 当其他线程用完的时候唤醒线程
• 2. 引用计数表(RefcountMap)
  • hash查找: (插入和获取是通过同一个hash函数决定的, 避免了for循环遍历, 提高效率)
    • 屏幕快照 2019-02-18 下午7.37.07.png
    • RC引用计数值
• 3. 弱引用表(weak_table_t)
  • 弱引用表的数据结构

ARC & MRC

• MRC: 手动引用计数
  • MRC(红色为MRC特有方法)
• ARC: 自动引用计数
  • 什么是ARC? ARC是LLVM和Runtime协作的结果
  • ARC中禁止手动调用retain, release, retainCount, dealloc
  • ARC中新增weak, strong属性关键字
    • weak变量为什么在自动释放的时候指向nil

引用计数管理

• 1. alloc:
  • 经过一系列调用, 最终调用了C函数calloc,
  • 此时并没有应用计数+1(因为下面的refcnt-result=1, 所以调用alloc的时候retainCount是1)
• 2. retain:
  • SIDE_TABLE_RC_ONE对应的偏移量
  • 我们在进行retain的时候, 系统是如何查找其对应的应用计数的?
    • 经过2次的hash查找, 找到对应的引用计数的值, 然后在进行相应的+1操作
• 3. release实现
  • SIDE_TABLE_RC_ONE
• 4. retainCount实现
  • alloc的时候it为空的, 因为refcnt_result = 1, 所以alloc的retainCount为1
• 5. dealloc实现
  • 实现原理
    • 是否可以释放的判断标准: (以下都为no, 则C函数free())
    • nonpointer_isa : 判断当前对象是否使用了非指针型的isa, (非关系型会存储引用计数, 超过了则会使用has_sidetable_rc)
    • weakly_referenced : 判断当前对象是否有weak指针指向它
    • has_assoc : 判断当前对象是否有关联对象
    • has_cxx_dtor : 判断当前对象内部实现是否涉及到C++, 当前对象是否使用ARC管理内存; 若有即为YES
    • has_sidetable_rc : 判断当前对象的引用计数是否通过sidetable的引用计数表来维护的

  • object_dispose实现():
    

    -
    object_dispose流程
  • objc_destructInstance()实现:
    • objc_destructInstance流程
    • 通过关联对象的技术, 为一个类添加了一些实例变量, 在对象dealloc方法中, 是否有必要对其关联对象进行移除呢? (不需要, 系统会自动帮助我们移除的)
  • clearDeallocating()实现:
    • clearDeallocating内部实现

弱引用管理

• 1. 一个weak变量是如何添加到弱引用表中的?
  • 一个__weak修饰的变量, 编译之后的样子
    • 添加weak变量流程
• 2. weak变量是如何添加到弱引用表中 : 通过弱引用对象进行hash算法的计算, 然后计算查找期所对应的位置

  • 源码实现

    id
    objc_initWeak(id *location, id newObj)
    {
        if (!newObj) {
            *location = nil;
            return nil;
        }
    
        return storeWeak<false/*old*/, true/*new*/, true/*crash*/>
            (location, (objc_object*)newObj);
    }
    

    storeWeak(id *location, objc_object *newObj)
    {
        assert(HaveOld  ||  HaveNew);
        if (!HaveNew) assert(newObj == nil);
    
        Class previouslyInitializedClass = nil;
        id oldObj;
        SideTable *oldTable;
        SideTable *newTable;
    
        // Acquire locks for old and new values.
        // Order by lock address to prevent lock ordering problems. 
        // Retry if the old value changes underneath us.
     retry:
        if (HaveOld) {
            oldObj = *location;
            oldTable = &SideTables()[oldObj];
        } else {
            oldTable = nil;
        }
        if (HaveNew) {
            newTable = &SideTables()[newObj];
        } else {
            newTable = nil;
        }
    
        SideTable::lockTwo<HaveOld, HaveNew>(oldTable, newTable);
    
        if (HaveOld  &&  *location != oldObj) {
            SideTable::unlockTwo<HaveOld, HaveNew>(oldTable, newTable);
            goto retry;
        }
    
        // Prevent a deadlock between the weak reference machinery
        // and the +initialize machinery by ensuring that no 
        // weakly-referenced object has an un-+initialized isa.
        if (HaveNew  &&  newObj) {
            Class cls = newObj->getIsa();
            if (cls != previouslyInitializedClass  &&  
                !((objc_class *)cls)->isInitialized()) 
            {
                SideTable::unlockTwo<HaveOld, HaveNew>(oldTable, newTable);
                _class_initialize(_class_getNonMetaClass(cls, (id)newObj));
    
                // If this class is finished with +initialize then we're good.
                // If this class is still running +initialize on this thread 
                // (i.e. +initialize called storeWeak on an instance of itself)
                // then we may proceed but it will appear initializing and 
                // not yet initialized to the check above.
                // Instead set previouslyInitializedClass to recognize it on retry.
                previouslyInitializedClass = cls;
    
                goto retry;
            }
        }
    
        // Clean up old value, if any.
        if (HaveOld) {
            weak_unregister_no_lock(&oldTable->weak_table, oldObj, location);
        }
    
        // Assign new value, if any.
        if (HaveNew) {
            // 向弱引用表中, 插入对象
            newObj = (objc_object *)weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, 
                                                          (id)newObj, location, 
                                                          CrashIfDeallocating);
            // weak_register_no_lock returns nil if weak store should be rejected
    
            // Set is-weakly-referenced bit in refcount table.
            if (newObj  &&  !newObj->isTaggedPointer()) {
                newObj->setWeaklyReferenced_nolock();
            }
    
            // Do not set *location anywhere else. That would introduce a race.
            *location = (id)newObj;
        }
        else {
            // No new value. The storage is not changed.
        }
        
        SideTable::unlockTwo<HaveOld, HaveNew>(oldTable, newTable);
    
        return (id)newObj;
    }
    

    weak_register_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, 
                          id *referrer_id, bool crashIfDeallocating)
    {
        objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
        objc_object **referrer = (objc_object **)referrer_id;
    
        if (!referent  ||  referent->isTaggedPointer()) return referent_id;
    
        // ensure that the referenced object is viable
        bool deallocating;
        if (!referent->ISA()->hasCustomRR()) {
            deallocating = referent->rootIsDeallocating();
        }
        else {
            BOOL (*allowsWeakReference)(objc_object *, SEL) = 
                (BOOL(*)(objc_object *, SEL))
                object_getMethodImplementation((id)referent, 
                                               SEL_allowsWeakReference);
            if ((IMP)allowsWeakReference == _objc_msgForward) {
                return nil;
            }
            deallocating =
                ! (*allowsWeakReference)(referent, SEL_allowsWeakReference);
        }
    
        if (deallocating) {
            if (crashIfDeallocating) {
                _objc_fatal("Cannot form weak reference to instance (%p) of "
                            "class %s. It is possible that this object was "
                            "over-released, or is in the process of deallocation.",
                            (void*)referent, object_getClassName((id)referent));
            } else {
                return nil;
            }
        }
    
        // now remember it and where it is being stored
        weak_entry_t *entry;
        if ((entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))) {
            append_referrer(entry, referrer);
        } 
        else {
            weak_entry_t new_entry;
            new_entry.referent = referent;
            new_entry.out_of_line = 0;
            new_entry.inline_referrers[0] = referrer;
            for (size_t i = 1; i < WEAK_INLINE_COUNT; i++) {
                new_entry.inline_referrers[i] = nil;
            }
            
            weak_grow_maybe(weak_table);
            weak_entry_insert(weak_table, &new_entry);
        }
    
        // Do not set *referrer. objc_storeWeak() requires that the 
        // value not change.
    
        return referent_id;
    }
    

    weak_entry_for_referent(weak_table_t *weak_table, objc_object *referent)
    {
        assert(referent);
        weak_entry_t *weak_entries = weak_table->weak_entries;
        if (!weak_entries) return nil;
        size_t index = hash_pointer(referent) & weak_table->mask;
        size_t hash_displacement = 0;
        while (weak_table->weak_entries[index].referent != referent) {
            index = (index+1) & weak_table->mask;
            hash_displacement++;
            if (hash_displacement > weak_table->max_hash_displacement) {
                return nil;
            }
        }   
        return &weak_table->weak_entries[index];
    }
    

• 3. 当一个weak变量被释放或者废弃之后, 系统是如何处理的?
  • 清除weak变量, 同时设置指向为nil:
    • 清除weak流程
      • 源码分析: *referrer = nil;

        weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id) 
        {
            objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
            weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);
            if (entry == nil) {
                /// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
                //printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
                return;
            }
        
            // zero out references
            weak_referrer_t *referrers;
            size_t count;
            
            if (entry->out_of_line) {
                referrers = entry->referrers;
                count = TABLE_SIZE(entry);
            } 
            else {
                referrers = entry->inline_referrers;
                count = WEAK_INLINE_COUNT;
            }
            
            for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
                objc_object **referrer = referrers[i];
                if (referrer) {
                    if (*referrer == referent) {
                        *referrer = nil;
                    }
                    else if (*referrer) {
                        _objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
                                     "This is probably incorrect use of "
                                     "objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
                                     "Break on objc_weak_error to debug.\n", 
                                     referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
                        objc_weak_error();
                    }
                }
            }
            
            weak_entry_remove(weak_table, entry);
        }
        

自动释放池

• 1. 自动释放池内部实现:
  • 编译器将@autoreleasepool{}修改为上图
• 2. objc_autoreleasePoolPush:
  • objc_autoreleasePoolPush内部流程
• 3. objc_autoreleasePoolPop
  • 屏幕快照 2019-02-18 下午8.21.21.png
    • 如何理解一次pop相当于一次批量的pop操作: {}代码中所有的数据, 都会被pop一次
• 4. AutoreleasePool的实现结构是怎么样的 / 什么是自动释放池?
  • 以栈为节点, 通过双向链表的形式组合而成的数据结构
    • 双向链表
    • 栈节点
  • 是与线程一一对应的
• 5. AutoreleasePoolPage :
  • AutoreleasePoolPage内部结构
    • id * next : 指向栈当中下一个可填充的位置
    • AutoreleasePoolPage * const parent : 双向链表中的父指针
    • AutoreleasePoolPage * child : 双向链表中的子指针
    • pthread_t const thread; : 线程对象, 所以说autoreleasePool是与线程一一对应的
  • AutoreleasePoolPage的栈内存: 栈底保存自身占用的内存
    • AutoreleasePoolPage的占内存
• 6. AutoreleasePoolPage::push:
  • AutoreleasePoolPage::push
    • 1> 将当前next指针指向nil
    • 2> 然后next指针指向下一个可入栈的内存地址(每次push的时候, 相当于不断的插入哨兵对象)
• 7. [obj autorelease] :
  • autorelease流程
  • 栈内存的流程
• 8. AutoreleasePoolPage::pop :
  • 根据传入的哨兵对象找到对应位置
  • 给上次push操作之后添加的对象一次发送release消息
  • 回退next指针到正确位置
  • 原始
  • 处理之后
• 9. 关于自动释放池的面试
  • 1. viewDidLoad中创建一个array, 什么时候释放?
    • array何时释放呢?
      • 在每一次runloop的循环过程当中, 都会再其将要结束的时候, 对前一次创建的pool进行pop操作, 同时push进来新的pool; 所以创建的arr对象, 在当次runloop将要结束的时候调用AutoreleasePoolPage::pop(), 让arr对象调用release方法, 进行释放
  • 2. AutoreleasePool中为何可以嵌套使用?
    • 多层嵌套就是多次插入哨兵对象
  • 3. autoreleasePool的使用场景: 在for循环中alloc图片数据等内存消耗较大的场景手动插入autoreleasePool
  • 4. 自动释放池的双向链表应用体现在哪里?

循环引用

• 1. 循环应用的分类:
  • 自循环引用:
  • 相互循环应用:
    • 自循环引用
  • 多循环引用:
    • 大环多循环引用
• 2. 循环引用的场景
  • 代理
  • block
  • NSTimer
  • 大环引用
• 3. 如何破除循环引用?
  • 避免产生循环应用
  • 在合适的时机手动断环
• 4. 具体的解决方案?
  • __weak:
    • __weak破解
  • __block:
    • 在ARC下, __block修饰的对象会被强引用, 无法避免循环应用, 需要手动破环
    • 在MRC下, __block修饰的对象不会增加其应用计数, 避免了循环引用
  • __unsafe__unretained : 与__weak在效果上是等效的
    • 修饰对象不会增加其应用计数, 避免了循环引用
    • 如果被修饰对象在某一时机被释放, 会产生悬垂指针, 导致内存泄漏!
• 5. 循环引用NSTimer示例:
  • 场景: 页面中有一个广告栏, 定时滚动播放动画, VC强引用广告栏, 广告栏添加NSTimer, NSTimer会对Target进行强引用(即VC), 此时就会产生了循环应用; 若把对象弱引用NSTimer也无用, 因为NSTimer会被当前的RunLoop进行强引用, NSTimer对对象的强引用, 当VC退出的时候, 对象和NSTimer被RunLoop持有, 也不会被释放
  • 屏幕快照 2019-02-18 下午8.46.42.png
  • NSTimer分为重复定时器和非重复定时器
    • 重复定时器: 添加一个中间对象, RunLoop --> NSTimer <-=> 中间对象 ->对象 <--VC
      • 添加中间对象, 利用了一个对象被释放的时候, 其指针会置为nil
      • 代码实现:

        #import "NSTimer+WeakTimer.h"
        
        @interface TimerWeakObject : NSObject
        @property (nonatomic, weak) id target;
        @property (nonatomic, assign) SEL selector;
        @property (nonatomic, weak) NSTimer *timer;
        
        - (void)fire:(NSTimer *)timer;
        @end
        
        @implementation TimerWeakObject
        
        - (void)fire:(NSTimer *)timer
        {
            if (self.target) {
                if ([self.target respondsToSelector:self.selector]) {
                    [self.target performSelector:self.selector withObject:timer.userInfo];
                }
            }
            else{
                [self.timer invalidate];
            }
        }
        
        @end
        
        @implementation NSTimer (WeakTimer)
        
        + (NSTimer *)scheduledWeakTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
                                                 target:(id)aTarget
                                               selector:(SEL)aSelector
                                               userInfo:(id)userInfo
                                                repeats:(BOOL)repeats
        {
            TimerWeakObject *object = [[TimerWeakObject alloc] init];
            object.target = aTarget;
            object.selector = aSelector;
            object.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:interval target:object selector:@selector(fire:) userInfo:userInfo repeats:repeats];
            
            return object.timer;
        }
        
        @end
        

    • 非重复定时器: 在定时器的回调方法中调用invalid方法, 使timer置为nil, 即可以解除Runloop对timer的强引用, 同时也可以解除timer对对象的强应用, 此时即可解除循环引用

内存管理面试总结:

• 什么是ARC?
  • ARC是由LLVM编译器和Runtime共同协作来实现对自动引用计数的管理
• 为什么weak指针指向的对象那个在废弃之后会被自动置为nil?
  • 当对象被废弃之后, dealloc方法的内部实现当中, 会调用清除弱引用的方法, 在清除弱引用的方法中, 会通过hash算法, 来查找被废弃对象在弱引用表中的位置, 来提取其对应弱引用指针的列表数组, 然后进行for循环遍历, 把每一个weak指针都置为nil
• 苹果是如何实现AutoreleasePool的?
  • AutoReleasePool是以栈为结点, 由双向链表形式来合成的数据结构来实现的
• 什么是循环引用? 你遇到过哪些循环引用, 是怎样解决的?