從一次記憶體峰值說起_ZenDei技術網路在線

最近把一個游戲內嵌到app里，選用了微信開源的Mars，結果遇到了記憶體峰值。解決的方法很容易，加上@autoreleasepool就可以了。但是做實驗的時候又有了好多疑惑，不停地往深處挖，最終瞭解了autoreleasepool的實現，Tagged Pointer，和NSString記憶體管理的特殊性 ...

最近把一個游戲內嵌到app里，選用了微信開源的Mars，結果遇到了記憶體峰值。解決的方法很容易，加上@autoreleasepool就可以了。但是做實驗的時候又有了好多疑惑，不停地往深處挖，最終瞭解了autoreleasepool的實現，Tagged Pointer，和NSString記憶體管理的特殊性。

Mars

我們做的小游戲需要實時傳輸數據，數據很小，就選用了Mars。結果記憶體一直漲，在這裡加個autoreleasepool就可以避免記憶體峰值。

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的實現原理
這篇博客很不錯，詳細介紹了autoreleasepool的實現，圖文並茂，很好理解。不過他提的3個場景，答案現在已經不適用了。

__weak NSString *string_weak_ = nil;

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

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

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

    // 場景 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_);
}

結果令人大跌眼鏡，來看看輸出吧：

//3個場景全部都是這個答案
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

我的第一反應是這不科學，weak是不會增加引用計數的，怎麼可能不釋放呢？難道我所理解的都是不對的？
然後我改了改，把NSString改成NSDate

//場景一
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)

//場景二
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)

//場景三
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)

這個答案才對嘛，不過有兩個疑惑：

NSString下，引用計數為0，可是沒有釋放記憶體
stringWithFormat這個方法創建的對象，會被系統自動添加到了當前的 autoreleasepool中，賦個變數後，引用計數會為2（作者的想法，可是現在沒法驗證）

Tagged Pointer
第一個疑惑很好解決，這是Tagged Pointer的鍋。
Tagged Pointer是一個能夠提升性能、節省記憶體的有趣的技術。
他不是一個對象，不用在堆上分配空間，感覺和python變數的存儲方式很像，簡單點理解就是以變數值來定址，只要變數相同，就指向同一個地址，讀取速度非常快。

    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對象緩存以及Tagged Pointer
這篇博客提到Tagged Pointer專門用來存儲小的對象，例如NSNumber和NSDate。

NSNumber的地址位很高，明顯是棧上，符合Tagged Pointer。
NSString地址位很低，同樣的值分配的同一個空間，應該是在常量區。
NSDate同一個值存在不同的地址，應該不是Tagged Pointer。

令人疑惑的地方
回到最開始的問題，就是autoreleasepool可以降低記憶體峰值，這個很好測試，這邊就有個小測試。
autoreleasepool避免記憶體峰值
不過自己測試下來發現一個奇怪的地方：

- (void)doSomething {
    for (int i = 0; i < 10e6; ++i) {
        第一種：
        [NSString stringWithFormat:@"%d", i];
        [NSString stringWithFormat:@"%d", -i];
        第二種：
        [NSString stringWithFormat:@"%d%d",i,-i];
    }
}

上面一種情況測試下來是：

第二種情況是：

即使沒有autoreleasepool，第一種情況記憶體絲毫不漲，但是第二種情況漲的很快，而且結束後感覺記憶體沒有回收。

MRC測試
帶著一些疑問，首先想到測試下計數。換成MRC環境：

    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

有的引用計數為-1，有的引用計數為1。
為-1的情況介紹很多，就是說不由引用計數來管理記憶體釋放，由系統來管理。
為1的情況肯定還是由引用計數來管理。

感覺應該和Tagged Pointer有關係。

NSString特殊的記憶體管理
靈機一動，想到了NSString判斷字面量是否相等是不用==，而是用isEqualToString來判斷的，這些和引用計數，Tagged Pointer是不是有關係呢？
繼續測試，還是剛纔上面的5個值：

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

因為存儲地址從高位到地位為棧區，堆區，常量區。
所以很明顯可以得出結論：

類型	存儲區	引用計數
__NSCFConstantString	常量區	-1
NSTaggedPointerString	棧區	-1
__NSCFString	堆區	1

NSString每種初始化方式，或者字元的長度都會影響到他的類型和存儲區。所以不能用==來判斷。
根據上面的記憶體情況，NSTaggedPointerString確實是提高性能，節省記憶體的類型。所以，如果字元串很短，應該用stringWithFormat的方式初始化。

所以很多時候不是僅僅解決了問題就行了，還要往深處挖，知道為什麼這樣解決，正是這次的記憶體峰值，讓我知道了NSString的特殊之處，在後來一眼就解決了一個很少見很奇特的bug。

很少見的bug
主要是做的游戲是cocos2dx寫的，需要傳string值給oc。簡化後就是下麵這種狀況：

    std::string cstr = "1";
    void *c = &cstr;  //第一種場景
    //void *c = (void *)cstr.c_str();  //第二種場景

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

大家可以寫寫測測看看類型，還可以在ios8（Tagged Pointer還沒出來）下測測，兩種場景是不一樣的，挺有意思的。