基本概念
引用计数(Reference Count)
为了解释引用计数,我们做一个类比:员工在办公室使用灯的情景。
- 当第一个人进入办公室时,他需要使用灯,于是开灯,引用计数为1
- 当另一个人进入办公室时,他也需要灯,引用计数为2;每当多一个人进入办公室时,引用计数加1
- 当有一个人离开办公室时,引用计数减1,当引用计数为0时,也就是最后一个人离开办公室时,他不再需要使用灯,关灯离开办公室。
内存管理规则
从上面员工在办公室使用灯的例子,我们对比一下灯的动作与Objective-C对象的动作有什么相似之处:
因为我们是通过引用计数来管理灯,那么我们也可以通过引用计数来管理使用Objective-C对象。
而Objective-C对象的动作对应有哪些方法以及这些方法对引用计数有什么影响?
当你alloc
一个对象objc,此时RC=1;在某个地方你又retain
这个对象objc,此时RC加1,也就是RC=2;由于调用alloc/retain
一次,对应需要调用release
一次来释放对象objc,所以你需要release
对象objc两次,此时RC=0;而当RC=0时,系统会自动调用dealloc
方法释放对象。
Autorelease Pool
在开发中,我们常常都会使用到局部变量,局部变量一个特点就是当它超过作用域时,就会自动释放。而autorelease pool跟局部变量类似,当执行代码超过autorelease pool块时,所有放在autorelease pool的对象都会自动调用release
。它的工作原理如下:
- 创建一个
NSAutoreleasePool
对象 - 在autorelease pool块的对象调用
autorelease
方法 - 释放
NSAutoreleasePool
对象
iOS 5/OS X Lion前的(等下会介绍引入ARC的写法)实例代码如下:
由于放在autorelease pool的对象并不会马上释放,如果有大量图片数据放在这里的话,将会导致内存不足。
ARC管理方法
iOS/OS X内存管理方法有两种:手动引用计数(Manual Reference Counting)和自动引用计数(Automatic Reference Counting)。从OS X Lion和iOS 5开始,不再需要程序员手动调用retain
和release
方法来管理Objective-C对象的内存,而是引入一种新的内存管理机制Automatic Reference Counting(ARC),简单来说,它让编译器来代替程序员来自动加入retain
和release
方法来持有和放弃对象的所有权。
在ARC内存管理机制中,id
和其他对象类型变量必须是以下四个ownership qualifiers其中一个来修饰:
- __strong(默认,如果不指定其他,编译器就默认加入)
- __weak
- __unsafe_unretained
- __autoreleasing
所以在管理Objective-C对象内存的时候,你必须选择其中一个,下面会用一些列子来逐个解释它们的含义以及如何选择它们。
__strong ownership qualifier
如果我想创建一个字符串,使用完之后将它释放调用,使用MRC管理内存的写法应该是这样:
而如果是使用ARC方式的话,就text
对象无需调用release
方法,而是当text
变量超过作用域时,编译器来自动加入[text release]
方法来释放内存
而当你将text
赋值给其他变量anotherText
时,MRC需要retain
一下来持有所有权,当text
和anotherText
使用完之后,各个调用release
方法来释放。
而使用ARC的话,并不需要调用retain
和release
方法来持有跟释放对象。
除了当__strong
变量超过作用域时,编译器会自动加入release
语句来释放内存,如果你将__strong
变量重新赋给它其他值,那么编译器也会自动加入release
语句来释放变量指向之前的对象。例如:
前面已经提过内存管理的四条规则:
我们总结一下编译器是按以下方法来实现的:
- 对于规则1和规则2,是通过
__strong
变量来实现, - 对于规则3来说,当变量超过它的作用域或被赋值或成员变量被丢弃时就能实现
- 对于规则4,当RC=0时,系统就会自动调用
__weak ownership qualifier
其实编译器根据__strong
修饰符来管理对象内存。但是__strong
并不能解决引用循环(Reference Cycle)问题:对象A持有对象B,反过来,对象B持有对象A;这样会导致不能释放内存造成内存泄露问题。
如何解决?于是我们引用一个__weak
ownership qualifier,被它修饰的变量都不持有对象的所有权,而且当变量指向的对象的RC为0时,变量设置为nil。例如:
由于text变量被__weak
修饰,text并不持有@"Sam Lau"
对象的所有权,@"Sam Lau"
对象一创建就马上被释放,并且编译器给出警告⚠️,所以打印结果为(null)
。
所以,针对刚才的引用循环问题,只需要将Test
类的属性objc设置weak修饰符,那么就能解决。
__unsafe_unretained ownership qualifier
__unsafe_unretained
ownership qualifier,正如名字所示,它是不安全的。它跟__weak
相似,被它修饰的变量都不持有对象的所有权,但当变量指向的对象的RC为0时,变量并不设置为nil,而是继续保存对象的地址;这样的话,对象有可能已经释放,但继续访问,就会造成非法访问(Invalid Access)。例子如下:
__autoreleasing ownership qualifier
引入ARC之后,让我们看看autorelease pool有哪些变化。没有ARC之前的写法如下:
但是我们很少或基本上不使用autorelease pool。当我们使用XCode创建工程后,有一个app的入口文件main.m
使用了它
Property(属性)
有了ARC之后,新的property modifier也被引入到Objective-C类的property,例如:
总结
要想掌握iOS/OS X的内存管理,首先要深入理解引用计数(Reference Count)这个概念以及内存管理的规则;在没引入ARC之前,我们都是通过retain
和release
方法来手动管理内存,但引入ARC之后,我们可以借助编译器来帮忙自动调用retain
和release
方法来简化内存管理和减低出错的可能性。虽然__strong
修饰符能够执行大多数内存管理,但它不能解决引用循环(Reference Cycle)问题,于是又引入另一个修饰符__weak
。被__strong
修饰的变量都持有对象的所有权,而被__weak
修饰的变量并不持有对象所有权。下篇我们介绍使用工具如何解决常见内存问题:悬挂指针和内存泄露。