从一次内存峰值说起

最近把一个游戏内嵌到app里，选用了微信开源的Mars，结果遇到了内存峰值。解决的方法很容易，加上@autoreleasepool就可以了。但是做实验的时候又有了好多疑惑，不停地往深处挖，最终了解了autoreleasepool的实现，Tagged Pointer，和NSString内存管理的特殊性。

Mars

我们做的小游戏需要实时传输数据，数据很小，就选用了Mars。结果内存一直涨，在这里加个autoreleasepool就可以避免内存峰值。

void StnCallBack::OnPush(int32_t _cmdid, const AutoBuffer& _msgpayload) {
    if (_msgpayload.Length() > 0) {
        @autoreleasepool {
            NSData *recvData = [NSData dataWithBytes:(const void *)_msgpayload.Ptr() length:_msgpayload.Length()];
            [[TRSocketManager sharedInstance] OnPushWithCmd:_cmdid data:[[NSString alloc] initWithData:recvData  encoding:NSUTF8StringEncoding]];
        }
    }
}

autoreleasepool
Objective-C Autorelease Pool的实现原理
这篇博客很不错，详细介绍了autoreleasepool的实现，图文并茂，很好理解。不过他提的3个场景，答案现在已经不适用了。

__weak NSString *string_weak_ = nil;

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 场景 1
    NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"];
    string_weak_ = string;

    // 场景 2
//    @autoreleasepool {
//        NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"];
//        string_weak_ = string;
//    }

    // 场景 3
//    NSString *string = nil;
//    @autoreleasepool {
//        string = [NSString stringWithFormat:@"leichunfeng"];
//        string_weak_ = string;
//    }

    NSLog(@"string: %@", string_weak_);
}

- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [super viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"string: %@", string_weak_);
}

- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated {
    [super viewDidAppear:animated];
    NSLog(@"string: %@", string_weak_);
}  

结果令人大跌眼镜，来看看输出吧：

//3个场景全部都是这个答案
2017-04-09 22:33:47.362 ReleaseTest[3338:184169] string: leichunfeng
2017-04-09 22:33:47.362 ReleaseTest[3338:184169] string: leichunfeng
2017-04-09 22:33:47.396 ReleaseTest[3338:184169] string: leichunfeng

我的第一反应是这不科学，weak是不会增加引用计数的，怎么可能不释放呢？难道我所理解的都是不对的？
然后我改了改，把NSString改成NSDate

//场景一
2017-04-09 22:42:12.211 ReleaseTest[3453:189869] date: 2017-04-09 14:42:12 +0000
2017-04-09 22:42:12.211 ReleaseTest[3453:189869] date: (null)
2017-04-09 22:42:12.227 ReleaseTest[3453:189869] date: (null)

//场景二
2017-04-09 22:41:21.333 ReleaseTest[3428:188843] date: (null)
2017-04-09 22:41:21.333 ReleaseTest[3428:188843] date: (null)
2017-04-09 22:41:21.349 ReleaseTest[3428:188843] date: (null)

//场景三
2017-04-09 22:39:33.494 ReleaseTest[3395:187226] date: 2017-04-09 14:39:33 +0000
2017-04-09 22:39:33.494 ReleaseTest[3395:187226] date: (null)
2017-04-09 22:39:33.511 ReleaseTest[3395:187226] date: (null)

这个答案才对嘛，不过有两个疑惑：

• NSString下，引用计数为0，可是没有释放内存
• stringWithFormat这个方法创建的对象，会被系统自动添加到了当前的 autoreleasepool中，赋个变量后，引用计数会为2（作者的想法，可是现在没法验证）

Tagged Pointer
第一个疑惑很好解决，这是Tagged Pointer的锅。
Tagged Pointer是一个能够提升性能、节省内存的有趣的技术。
他不是一个对象，不用在堆上分配空间，感觉和python变量的存储方式很像，简单点理解就是以变量值来寻址，只要变量相同，就指向同一个地址，读取速度非常快。

    NSString *tempStrA = @"lu";
    NSString *tempStrB = @"lu";
    NSNumber *tempNumA = @(123);
    NSNumber *tempNumB = @(123);
    NSDate   *tempDateA = [NSDate date];
    NSDate   *tempDateB = [NSDate date];

2017-04-11 23:33:46.312 NSStringTest[30025:411902] tempStrA:0x10bd39068
2017-04-11 23:33:46.313 NSStringTest[30025:411902] tempStrB:0x10bd39068
2017-04-11 23:33:46.313 NSStringTest[30025:411902] tempNumA:0xb0000000000007b2
2017-04-11 23:33:46.313 NSStringTest[30025:411902] tempNumB:0xb0000000000007b2
2017-04-11 23:33:46.313 NSStringTest[30025:411902] tempDateA:0x600000008b00
2017-04-11 23:33:46.313 NSStringTest[30025:411902] tempDateB:0x600000008b70

NSNumber对象缓存以及Tagged Pointer
这篇博客提到Tagged Pointer专门用来存储小的对象，例如NSNumber和NSDate。

NSNumber的地址位很高，明显是栈上，符合Tagged Pointer。
NSString地址位很低，同样的值分配的同一个空间，应该是在常量区。
NSDate同一个值存在不同的地址，应该不是Tagged Pointer。

令人疑惑的地方
回到最开始的问题，就是autoreleasepool可以降低内存峰值，这个很好测试，这边就有个小测试。
autoreleasepool避免内存峰值
不过自己测试下来发现一个奇怪的地方：

- (void)doSomething {
    for (int i = 0; i < 10e6; ++i) {
        第一种：
        [NSString stringWithFormat:@"%d", i];
        [NSString stringWithFormat:@"%d", -i];
        第二种：
        [NSString stringWithFormat:@"%d%d",i,-i];
    }
}

上面一种情况测试下来是：

第二种情况是：

即使没有autoreleasepool，第一种情况内存丝毫不涨，但是第二种情况涨的很快，而且结束后感觉内存没有回收。

MRC测试
带着一些疑问，首先想到测试下计数。换成MRC环境：

    NSString *a = @"a";
    NSString *b = @"aaaaaaaaaaa";
    NSString *c = [NSString stringWithFormat:@"a"];
    NSString *d = [NSString stringWithFormat:@"%@%@",a,b];
    NSString *e = [NSString stringWithFormat:@"%@%@",a,c];
    
    NSLog(@"%ld and %ld and %ld and %ld and %ld", (unsigned long)[a retainCount], (unsigned long)[b retainCount], (unsigned long)[c retainCount], (unsigned long)[d retainCount], (unsigned long)[e retainCount]);

2017-04-16 13:50:16.934 MRCTest[2302:110760] -1 and -1 and -1 and 1 and -1

有的引用计数为-1，有的引用计数为1。
为-1的情况介绍很多，就是说不由引用计数来管理内存释放，由系统来管理。
为1的情况肯定还是由引用计数来管理。

感觉应该和Tagged Pointer有关系。

NSString特殊的内存管理
灵机一动，想到了NSString判断字面量是否相等是不用==，而是用isEqualToString来判断的，这些和引用计数，Tagged Pointer是不是有关系呢？
继续测试，还是刚才上面的5个值：

2017-04-16 14:04:55.427 NSStringTest[2729:120949] a:0x10817d068 __NSCFConstantString
2017-04-16 14:04:55.428 NSStringTest[2729:120949] b:0x10817d088 __NSCFConstantString
2017-04-16 14:04:55.428 NSStringTest[2729:120949] c:0xa000000000000611 NSTaggedPointerString
2017-04-16 14:04:55.428 NSStringTest[2729:120949] d:0x600000030180 __NSCFString
2017-04-16 14:04:55.428 NSStringTest[2729:120949] e:0xa000000000061612 NSTaggedPointerString

因为存储地址从高位到地位为栈区，堆区，常量区。
所以很明显可以得出结论：

类型	存储区	引用计数
__NSCFConstantString	常量区	-1
NSTaggedPointerString	栈区	-1
__NSCFString	堆区	1

NSString每种初始化方式，或者字符的长度都会影响到他的类型和存储区。所以不能用==来判断。
根据上面的内存情况，NSTaggedPointerString确实是提高性能，节省内存的类型。所以，如果字符串很短，应该用stringWithFormat的方式初始化。

所以很多时候不是仅仅解决了问题就行了，还要往深处挖，知道为什么这样解决，正是这次的内存峰值，让我知道了NSString的特殊之处，在后来一眼就解决了一个很少见很奇特的bug。

很少见的bug
主要是做的游戏是cocos2dx写的，需要传string值给oc。简化后就是下面这种状况：

    std::string cstr = "1";
    void *c = &cstr;  //第一种场景
    //void *c = (void *)cstr.c_str();  //第二种场景

    NSString *tempC = [NSString stringWithUTF8String:(char *)c];    
    NSMutableDictionary<NSString *, NSString *> *dict = [[NSMutableDictionary alloc] init];
    [dict setObject:@"123" forKey:tempC];
    
    NSLog(@"%d",[dict.allKeys containsObject:@"1"]);

大家可以写写测测看看类型，还可以在ios8（Tagged Pointer还没出来）下测测，两种场景是不一样的，挺有意思的。