Android指针管理：RefBase,SP,WP
Android中通过引用计数来实现智能指针，并且实现有强指针与弱指针。由对象本身来提供引用计数器，但是对象不会去维护引用计数器的值，而是由智能指针来管理。
要达到所有对象都可用引用计数器实现智能指针管理的目标，可以定义一个公共类，提供引用计数的方法，所有对象都去继承这个公共类，这样就可以实现所有对象都可以用引用计数来管理的目标，在Android中，这个公共类就是RefBase，同时还有一个简单版本LightRefBase。
RefBase作为公共基类提供了引用计数的方法，但是并不去维护引用计数的值，而是由两个智能指针来进行管理：sp(Strong Pointer)和wp(Weak Pointer)，代表强引用计数和弱引用计数。
一、轻量级引用计数的实现：LightRefBase
LightRefBase的实现很简单，只是内部保存了一个变量用于保存对象被引用的次数，并提供了两个函数用于增加或减少引用计数。
template <class T> class LightRefBase { public: inline LightRefBase() : mCount(0) { } inline void incStrong(const void* id) const { android_atomic_inc(&mCount); } inline void decStrong(const void* id) const { if (android_atomic_dec(&mCount) == 1) { delete static_cast<const T*>(this); } } //! DEBUGGING ONLY: Get current strong ref count. inline int32_t getStrongCount() const { return mCount; } typedef LightRefBase<T> basetype; protected: inline ~LightRefBase() { } private: mutable volatile int32_t mCount; };
二、sp(Strong Pointer)
LightRefBase仅仅提供了引用计数的方法，具体引用数应该怎么管理，就要通过智能指针类来管理了，每当有一个智能指针指向对象时，对象的引用计数要加1，当一个智能指针取消指向对象时，对象的引用计数要减1，在C＋＋中，当一个对象生成和销毁时会自动调用（拷贝）构造函数和析构函数，所以，对对象引用数的管理就可以放到智能指针的（拷贝）构造函数和析构函数中。Android提供了一个智能指针可以配合LightRefBase使用：sp，sp的定义如下：
template <typename T> class sp { public: inline sp() : m_ptr(0) { } sp(T* other); sp(const sp<T>& other); template<typename U> sp(U* other); template<typename U> sp(const sp<U>& other); ~sp(); // Assignment sp& operator = (T* other); sp& operator = (const sp<T>& other); template<typename U> sp& operator = (const sp<U>& other); template<typename U> sp& operator = (U* other); //! Special optimization for use by ProcessState (and nobody else). void force_set(T* other); // Reset void clear(); // Accessors inline T& operator* () const { return *m_ptr; } inline T* operator-> () const { return m_ptr; } inline T* get() const { return m_ptr; } // Operators COMPARE(==) COMPARE(!=) COMPARE(>) COMPARE(<) COMPARE(<=) COMPARE(>=) private: template<typename Y> friend class sp; template<typename Y> friend class wp; void set_pointer(T* ptr); T* m_ptr; };
代码比较多，其中Accessors部分代码重载了*、->操作符使我们使用sp的时候就像使用真实的对象指针一样，可以直接操作对象的属性或方法，COMPARE是宏定义，用于重载关系操作符，由于对引用计数的控制主要是由（拷贝）构造函数和析构函数控制，所以忽略其他相关代码后，sp可以精简为如下形式（赋值操作符也省略掉了，构造函数省略相似的两个）：
template <typename T> class sp { public: inline sp() : m_ptr(0) { } sp(T* other); sp(const sp<T>& other); ~sp(); private: template<typename Y> friend class sp; template<typename Y> friend class wp; void set_pointer(T* ptr); T* m_ptr; };
默认构造函数使智能指针不指向任何对象，sp(T* other)与sp(const sp<T>& other)的实现如下：
template<typename T> sp<T>::sp(T* other) : m_ptr(other) { if (other) other->incStrong(this); } template<typename T> sp<T>::sp(const sp<T>& other) : m_ptr(other.m_ptr) { if (m_ptr) m_ptr->incStrong(this); }
内部变量m_ptr指向实际对象，并调用实际对象的incStrong函数，T继承自LightRefBase，所以此处调用的是LightRefBase的incStrong函数，之后实际对象的引用计数加1。
当智能指针销毁的时候调用智能指针的析构函数：
template<typename T>
sp<T>::~sp()
{
if (m_ptr) m_ptr->decStrong(this);
}
调用实际对象即LightRefBase的decStrong函数，其实现如下：
inline void decStrong(const void* id) const {
if (android_atomic_dec(&mCount) == 1) {
delete static_cast<const T*>(this);
}
}
android_atomic_dec返回mCount减1之前的值，如果返回1表示这次减过之后引用计数就是0了，就把对象delete掉。
三、RefBase
RefBase提供了更强大的引用计数的管理。
class RefBase { public: void incStrong(const void* id) const; void decStrong(const void* id) const; void forceIncStrong(const void* id) const; //! DEBUGGING ONLY: Get current strong ref count. int32_t getStrongCount() const; class weakref_type { public: RefBase refBase() const; void incWeak(const void* id); void decWeak(const void* id); // acquires a strong reference if there is already one. bool attemptIncStrong(const void* id); // acquires a weak reference if there is already one. // This is not always safe. see ProcessState.cpp and BpBinder.cpp // for proper use. bool attemptIncWeak(const void* id); //! DEBUGGING ONLY: Get current weak ref count. int32_t getWeakCount() const; //! DEBUGGING ONLY: Print references held on object. void printRefs() const; //! DEBUGGING ONLY: Enable tracking for this object. // enable -- enable/disable tracking // retain -- when tracking is enable, if true, then we save a stack trace // for each reference and dereference; when retain == false, we // match up references and dereferences and keep only the // outstanding ones. void trackMe(bool enable, bool retain); }; weakref_type* createWeak(const void* id) const; weakref_type* getWeakRefs() const; // DEBUGGING ONLY: Print references held on object. inline void printRefs() const { getWeakRefs()->printRefs(); } // DEBUGGING ONLY: Enable tracking of object. inline void trackMe(bool enable, bool retain) { getWeakRefs()->trackMe(enable, retain); } typedef RefBase basetype; protected: RefBase(); virtual ~RefBase(); //! Flags for extendObjectLifetime() enum { OBJECT_LIFETIME_STRONG = 0x0000, OBJECT_LIFETIME_WEAK = 0x0001, OBJECT_LIFETIME_MASK = 0x0003 }; void extendObjectLifetime(int32_t mode); //! Flags for onIncStrongAttempted() enum { FIRST_INC_STRONG = 0x0001 }; virtual void onFirstRef(); virtual void onLastStrongRef(const void* id); virtual bool onIncStrongAttempted(uint32_t flags, const void* id); virtual void onLastWeakRef(const void* id); private: friend class weakref_type; class weakref_impl; RefBase(const RefBase& o); RefBase& operator=(const RefBase& o); weakref_impl* const mRefs; };
不同于LightRefBase的是，RefBase内部并没有使用一个变量来维护引用计数，而是通过一个weakref_impl *类型的成员来维护引用计数，并且同时提供了强引用计数和弱引用计数。weakref_impl继承于RefBase::weakref_type，代码比较多，不过大都是调试代码，由宏定义分开，Release是不包含调试代码的，去除这些代码后其定义为：
#define INITIAL_STRONG_VALUE (1<<28) class RefBase::weakref_impl : public RefBase::weakref_type { public: volatile int32_t mStrong; volatile int32_t mWeak; RefBase* const mBase; volatile int32_t mFlags; weakref_impl(RefBase* base) : mStrong(INITIAL_STRONG_VALUE) , mWeak(0) , mBase(base) , mFlags(0) { } void addStrongRef(const void* /*id*/) { } void removeStrongRef(const void* /*id*/) { } void addWeakRef(const void* /*id*/) { } void removeWeakRef(const void* /*id*/) { } void printRefs() const { } void trackMe(bool, bool) { } };
weakref_impl中的函数都是作为调试用，Release版的实现都是空的，成员变量分别表示强引用数、弱引用数、指向实际对象的指针与flag，flag可控制实际对象的生命周期，取值为0或RefBase中定义的枚举值。
RefBase提供了incStrong与decStrong函数用于控制强引用计数值，其弱引用计数值是由weakref_impl控制，强引用计数与弱引用数都保存在weakref_impl *类型的成员变量mRefs中。
RefBase同LightRefBase一样为对象提供了引用计数的方法，对引用计数的管理同样要由智能指针控制，由于RefBase同时实现了强引用计数与弱引用计数，所以就有两种类型的智能指针，sp(Strong Pointer)与wp(Weak Pointer)。
sp前面已经说过，其（拷贝）构造函数调用对象即RefBase的incStrong函数。
void RefBase::incStrong(const void* id) const { weakref_impl* const refs = mRefs; refs->incWeak(id); refs->addStrongRef(id); const int32_t c = android_atomic_inc(&refs->mStrong); LOG_ASSERT(c > 0, "incStrong() called on %p after last strong ref", refs); if (c != INITIAL_STRONG_VALUE) { return; } android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &refs->mStrong); refs->mBase->onFirstRef(); }
addStrong的函数体为空，incStrong函数内部首先调用成员变量mRefs的incWeak函数将弱引用数加1，然后再将强引用数加1，由于android_atomic_inc返回变量的旧值，所以如果其不等于INITIAL_STRONG_VALUE就直接返回，则则是第一次由强智能指针（sp）引用，将其减去INITIAL_STRONG_VALUE后变成1，然后调用对象的onFirstRef。
成员变量mRefs是在对象的构造函数中初始化的：
RefBase::RefBase() : mRefs(new weakref_impl(this)) { }
weakrel_impl的incWeak继承自父类weakrel_type的incWeak：
void RefBase::weakref_type::incWeak(const void* id) { weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*> impl->addWeakRef(id); const int32_t c = android_atomic_inc(&impl->mWeak); LOG_ASSERT(c >= 0, "incWeak called on %p after last weak ref", this); }
addWeakRef实现同样为空，所以只是将弱引用计数加1。所以当对象被sp引用后，强引用计数与弱引用计数会同时加1。
当sp销毁时其析构函数调用对象即RefBase的decStrong函数：
void RefBase::decStrong(const void* id) const { weakref_impl* const refs = mRefs; refs->removeStrongRef(id); const int32_t c = android_atomic_dec(&refs->mStrong); if (c == 1) { const_cast<RefBase*>(this)->onLastStrongRef(id); if ((refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) { delete this; } } refs->removeWeakRef(id); refs->decWeak(id); }
decStrong中将强引用数与弱引用数同时减1，如果这是最后一个强引用的话，会调用对象的onLastStrongRef，并且判断成员变量mRefs的成员变量mFlags来决定是否在对象的强引用数为0时释放对象。
mFlags可以为0或以下两个枚举值：
enum { OBJECT_LIFETIME_WEAK = 0x0001, OBJECT_LIFETIME_FOREVER = 0x0003 };
mFlags的值可以通过extendObjectLifetime函数改变：
void RefBase::extendObjectLifetime(int32_t mode) { android_atomic_or(mode, &mRefs->mFlags); }
OBJECT_LIFETIME_FOREVER 包含 OBJECT_LIFETIME_WEAK（位运算中其二进制11包含01），所以当
(refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK
为true时，表示mFlags为0，实际对象的生命周期受强引用数控制，所以在强引用数为0时delete this，否则实际对象的生命周期就由弱引用数控制。
再来看decWeak：
void RefBase::weakref_type::decWeak(const void* id) { weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this); impl->removeWeakRef(id); const int32_t c = android_atomic_dec(&impl->mWeak); if (c != 1) return; if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) { if (impl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE) delete impl->mBase; else { delete impl; } } else { impl->mBase->onLastWeakRef(id); if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_FOREVER) != OBJECT_LIFETIME_FOREVER) { delete impl->mBase; } } }
将弱引用数减1，若减1后不为0直接返回，否则判断
(impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK
若判断结果为true：
实际对象生命周期被强引用数控制，接下来判断：
mpl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE
-
如果判断为true表示对象只被弱引用引用过，现在弱引用数为0，直接删除实际对象。
-
如果判断为false，表示对象曾经被强引用引用过，但现在强引用为变为0了（因为增加或减小强引用数时一定同时增加或减小弱引用数，所以弱引用数为0时，强引用数一定为0），弱引用数为0了，直接释放mRefs，而实际对象由于受强引用数控制，已经在RefBase::decStrong中被delete了。
若判断结果为false:
判断mFlgs是否是OBJECT_LIFETIME_FOREVER，如果是，什么都不作由用户自己控制对象的生命周期，否则，实际对象的生命周期受弱引用数控制，现在弱引用数为0，delete实际对象。
四、wp(Weak Pointer)
定义如下：
template <typename T> class wp { public: typedef typename RefBase::weakref_type weakref_type; inline wp() : m_ptr(0) { } wp(T* other); wp(const wp<T>& other); wp(const sp<T>& other); template<typename U> wp(U* other); template<typename U> wp(const sp<U>& other); template<typename U> wp(const wp<U>& other); ~wp(); // Assignment wp& operator = (T* other); wp& operator = (const wp<T>& other); wp& operator = (const sp<T>& other); template<typename U> wp& operator = (U* other); template<typename U> wp& operator = (const wp<U>& other); template<typename U> wp& operator = (const sp<U>& other); void set_object_and_refs(T* other, weakref_type* refs); // promotion to sp sp<T> promote() const; // Reset void clear(); // Accessors inline weakref_type* get_refs() const { return m_refs; } inline T* unsafe_get() const { return m_ptr; } // Operators COMPARE(==) COMPARE(!=) COMPARE(>) COMPARE(<) COMPARE(<=) COMPARE(>=) private: template<typename Y> friend class sp; template<typename Y> friend class wp; T* m_ptr; weakref_type* m_refs; };
同sp一样，m_ptr指向实际对象，但wp还有一个成员变量m_refs。
template<typename T> wp<T>::wp(T* other) : m_ptr(other) { if (other) m_refs = other->createWeak(this); } template<typename T> wp<T>::wp(const wp<T>& other) : m_ptr(other.m_ptr), m_refs(other.m_refs) { if (m_ptr) m_refs->incWeak(this); } RefBase::weakref_type* RefBase::createWeak(const void* id) const { mRefs->incWeak(id); return mRefs; }
可以看到，wp的m_refs就是RefBase即实际对象的mRefs。
wp析构的时候减少弱引用计数：
template<typename T> wp<T>::~wp() { if (m_ptr) m_refs->decWeak(this); }
由于弱指针没有重载*与->操作符，所以不能直接操作指向的对象，虽然有unsafe_get函数，但像名字所示的，不建议使用，直接使用实际对象指针的话就没必要用智能指针了。
因为弱指针不能直接操作对象，所以要想操作对象的话就要将其转换为强指针，即wp::promote方法：
template<typename T> sp<T> wp<T>::promote() const { return sp<T>(m_ptr, m_refs); } template<typename T> sp<T>::sp(T* p, weakref_type* refs) : m_ptr((p && refs->attemptIncStrong(this)) ? p : 0) { }
是否能从弱指针生成一个强指针关键是看refs->attemptIncStrong，看其定义：
bool RefBase::weakref_type::attemptIncStrong(const void* id) { incWeak(id); weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this); int32_t curCount = impl->mStrong; LOG_ASSERT(curCount >= 0, "attemptIncStrong called on %p after underflow", this); while (curCount > 0 && curCount != INITIAL_STRONG_VALUE) { if (android_atomic_cmpxchg(curCount, curCount+1, &impl->mStrong) == 0) { break; } curCount = impl->mStrong; } if (curCount <= 0 || curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) { bool allow; if (curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) { // Attempting to acquire first strong reference... this is allowed // if the object does NOT have a longer lifetime (meaning the // implementation doesn't need to see this), or if the implementation // allows it to happen. allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK || impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id); } else { // Attempting to revive the object... this is allowed // if the object DOES have a longer lifetime (so we can safely // call the object with only a weak ref) and the implementation // allows it to happen. allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) == OBJECT_LIFETIME_WEAK && impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id); } if (!allow) { decWeak(id); return false; } curCount = android_atomic_inc(&impl->mStrong); // If the strong reference count has already been incremented by // someone else, the implementor of onIncStrongAttempted() is holding // an unneeded reference. So call onLastStrongRef() here to remove it. // (No, this is not pretty.) Note that we MUST NOT do this if we // are in fact acquiring the first reference. if (curCount > 0 && curCount < INITIAL_STRONG_VALUE) { impl->mBase->onLastStrongRef(id); } } impl->addWeakRef(id); impl->addStrongRef(id); #if PRINT_REFS LOGD("attemptIncStrong of %p from %p: cnt=%d\n", this, id, curCount); #endif if (curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) { android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &impl->mStrong); impl->mBase->onFirstRef(); } return true; }
首先通过incWeak将弱引用数加1（被强指针sp引用会导致强引用数和弱引用数同时加1），然后：
int32_t curCount = impl->mStrong; while (curCount > 0 && curCount != INITIAL_STRONG_VALUE) { if (android_atomic_cmpxchg(curCount, curCount+1, &impl->mStrong) == 0) { break; } curCount = impl->mStrong; }
如果之前已经有强引用，直接将强引用数加1，android_atomic_cmpxchg表示如果impl->mStrong的值为curCount，则把impl->mString的值改为curCount+1，此处用while循环是防止其他线程已经增加了强引用数。
接下来：
if (curCount <= 0 || curCount == INITIAL_STRONG_VALUE)
表示对象目前没有强引用，这就要判断对象是否存在了。
如果curCount == INITIAL_STRONG_VALUE，表示对象没有被sp引用过。接下来判断：
allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK
|| impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);
表示：如果对象的生命周期只受强引用控制，对象一定存在，要有强引用才可以管理对象的释放，所以一定会允许生成强引用；如果对象的生命周期受弱引用控制，调用对象的onIncStrongAttempted试图增加强引用，由于此时在弱引用中，弱引用一定不为0，对象也一定存在，调用onIncStrongAttempted的意图是因为类的实现者可能不希望用强引用引用对象。在RefBase中onIncStrongAttempted默认返回true：
bool RefBase::onIncStrongAttempted(uint32_t flags, const void* id)
{
return (flags&FIRST_INC_STRONG) ? true : false;
}
如果curCount <= 0（只会等于0），表示对象强引用数经历了INITIAL_STRONG_VALUE -->大于0 --> 0，接下来就要判断：
allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) == OBJECT_LIFETIME_WEAK
&& impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);
如果对象的生命周期受强引用数控制，那么由于曾被sp引用过，现在强引用数又为0，对象就已经被delete了，所以就不能生成强引用，否则如果对象的生命周期受弱引用数控制，就通过onIncStrongAttempted看类的实现者是否希望当对象的强引用数变为0时可以再次被强引用引用。
if (!allow) {
decWeak(id);
return false;
}
如果allow为false表示不能从弱引用生成强引用，就要调用decWeak将弱引用减1（因为在promote入口先将弱引用加了1），然后返回false表示生成强引用失败。
if (curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {
android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &impl->mStrong);
impl->mBase->onFirstRef();
}
最后，如果curCount == INITIAL_STRONG_VALUE表示第一次被sp引用，调用对象的onFirstRef函数。
五、总结
RefBase内部有一个指针指向实际对象，有一个weakref_impl类型的指针保存对象的强／弱引用计数、对象生命周期控制。
sp只有一个成员变量，用来保存实际对象，但这个实际对象内部已包含了weakref_impl *对象用于保存实际对象的引用计数。sp 管理一个对象指针时，对象的强、弱引用数同时加1，sp销毁时，对象的强、弱引用数同时减1。
wp中有两个成员变量，一个保存实际对象，另一个是weakref_impl *对象。wp管理一个对象指针时，对象的弱引用计数加1，wp销毁时，对象的弱引用计数减1。
weakref_impl中包含一个flag用于决定对象的生命周期是由强引用数控制还是由弱引用数控制：
-
当flag为0时，实际对象的生命周期由强引用数控制，weakref_impl *对象由弱引用数控制。
-
当flag为OBJECT_LIFETIME_WEAK时，实际对象的生命周期受弱引用数控制。
-
当flag为OBJECT_LIFETIME_FOREVER时，实际对象的生命周期由用户控制。
可以用extendObjectLifetime改变flag的值。
