iOS記憶體管理之MRC

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前言： 在iOS中，使用引用計數來管理OC對象記憶體 一個新創建的OC對象引用計數預設是1，當引用計數減為0，OC對象就會銷毀，釋放其占用的記憶體空間。 調用retain會讓OC對象的引用計數+1，調用release會讓OC對象的引用計數-1。 記憶體管理的經驗總結 當調用alloc、new、copy、m ...


前言：

在iOS中，使用引用計數來管理OC對象記憶體
一個新創建的OC對象引用計數預設是1，當引用計數減為0，OC對象就會銷毀，釋放其占用的記憶體空間。
調用retain會讓OC對象的引用計數+1，調用release會讓OC對象的引用計數-1。

記憶體管理的經驗總結

當調用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一個對象，在不需要這個對象時，要調用release或者autorelease釋放它。
想擁有某個對象，就讓他的引用計數+1；不想再擁有某個對象，就讓他的引用計數-1。

一、 MRC 手動管理記憶體(Manual Reference Counting)

1、引用計數器

引用計數器：
一個整數，表示為「對象被引用的次數」。系統需要根據對象的引用計數器來判斷對象是否需要被回收。

關於「引用計數器」，有以下幾個特點：

  • 每個 OC 對象都有自己的引用計數器。

  • 任何一個對象，剛創建的時候，初始的引用計數為 1。

    即使用 alloc、new 或者 copy 創建一個對象時，對象的引用計數器預設就是 1。

  • 當沒有任何人使用這個對象時，系統才會回收這個對象。也就是說：

    當對象的引用計數器為 0 時，對象占用的記憶體就會被系統回收。

    如果對象的引用計數器不為 0 時，那麼在整個程式運行過程，它占用的記憶體就不可能被回收(除非整個程式已經退出)。

2、引用計數器操作

  • 為保證對象的存在，每當創建引用到對象需要給對象發送一條 retain 消息，可以使引用計數器值 +1 ( retain 方法返回對象本身)。
  • 當不再需要對象時，通過給對象發送一條 release 消息，可以使引用計數器值 -1。
  • 給對象發送 retainCount 消息，可以獲得當前的引用計數器值。
  • 當對象的引用計數為 0 時，系統就知道這個對象不再需要使用了，所以可以釋放它的記憶體，通過給對象發送 dealloc 消息發起這個過程。
  • 需要註意的是：release 並不代表銷毀 / 回收對象，僅僅是將計數器 -1。
// 創建一個對象，預設引用計數器是 1
RHPerson *person1 = [[RHPerson alloc] init];
NSLog(@"retainCount = %zd", [person1 retainCount]);

// 只要給對象發送一條 retain 消息，引用計數器加1
[person1 retain];
NSLog(@"retainCount = %zd", [person1 retainCount]);

// 只要給對象發送一條 release 消息，引用計數器減1
[person1 release];
NSLog(@"retainCount = %zd", [person1 retainCount]);

// 當 retainCount 等於0時，對象被銷毀
[person1 release];

NSLog(@"--------------");

2022-07-11 16:09:24.102850+0800 Interview01-記憶體管理[8035:264221] retainCount = 1
2022-07-11 16:09:24.103083+0800 Interview01-記憶體管理[8035:264221] retainCount = 2
2022-07-11 16:09:24.103126+0800 Interview01-記憶體管理[8035:264221] retainCount = 1
2022-07-11 16:09:24.103231+0800 Interview01-記憶體管理[8035:264221] -[RHPerson dealloc]
2022-07-11 16:09:24.103259+0800 Interview01-記憶體管理[8035:264221] --------------
Program ended with exit code: 0

3、dealloc 方法

  • 當一個對象的引用計數器值為 0 時，這個對象即將被銷毀，其占用的記憶體被系統回收。
  • 對象即將被銷毀時系統會自動給對象發送一條 dealloc 消息(因此，從 dealloc 方法有沒有被調用，就可以判斷出對象是否被銷毀)
  • dealloc 方法的重寫(註意是在 MRC 中)
    • 一般會重寫 dealloc 方法，在這裡釋放相關資源，dealloc 就是對象的遺言
    • 一旦重寫了 dealloc 方法，就必須調用 [super dealloc]，並且放在最後面調用
- (void)dealloc {
    NSLog(@"%s", __func__);
    [super dealloc];
}

dealloc 使用註意：

  • 不能直接調用 dealloc 方法。

  • 一旦對象被回收了, 它占用的記憶體就不再可用，堅持使用會導致程式崩潰(野指針錯誤)。

    4、野指針和空指針

  • 只要一個對象被釋放了，我們就稱這個對象為「僵屍對象(不能再使用的對象)」。

  • 當一個指針指向一個僵屍對象(不能再使用的對象)，我們就稱這個指針為「野指針」。

  • 只要給一個野指針發送消息就會報錯(EXC_BAD_ACCESS 錯誤)。

RHPerson *person1 = [[RHPerson alloc] init];
[person1 release];
[person1 release];
[person1 release];

  • 為了避免給野指針發送消息會報錯，一般情況下，當一個對象被釋放後我們會將這個對象的指針設置為空指針。

  • 空指針：

    • 沒有指向存儲空間的指針(裡面存的是 nil, 也就是 0)。

    • 給空指針發消息是沒有任何反應的。

      RHPerson *person1 = [[RHPerson alloc] init];
[person1 release];
person1 = nil;
[person1 release];

二、記憶體管理思想

1、單個對象記憶體管理思想

思想一：自己創建的對象，自己持有，自己負責釋放
  • 通過 alloc、new、copy 或 mutableCopy 方法創建並持有對象。
  • 當自己持有的對象不再被需要時，必須調用 release 或 autorelease 方法釋放對象。
id obj1 = [[NSObject alloc] init];
[obj1 release];

id obj2 = [NSObject new];
[obj2 release];
思想二：非自己創建的對象，自己也能持有
  • 除了用上面方法(alloc / new / copy / mutableCopy 方法)所取得的的對象，因為非自己生成並持有，所以自己不是該對象的持有者。
  • 通過調用 retain 方法，即便是非自己創建的對象，自己也能持有對象。
  • 同樣當自己持有的對象不再被需要時，必須調用 release 方法來釋放對象。
id obj3 = [NSArray array];
[obj3 retain];
[obj3 release];
  • 無論是否是自己創建的對象，自己都可以持有，並負責釋放。
  • 計數器有加就有減。
  • 曾經讓對象的計數器 +1，就必須在最後讓對象計數器 -1。

2、多個對象記憶體管理思想

多個對象之間往往是通過 setter 方法產生聯繫的，其記憶體管理的方法也是在 setter 方法、dealloc 方法中實現的。所以只有瞭解了 setter 方法是如何實現的，我們才能瞭解到多個對象之間的記憶體管理思想。

#import <Foundation/Foundation.h>

#import "RHRoom.h"

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface RHPerson : NSObject

{
    RHRoom *_room;
}

- (void)setRoom:(RHRoom *)room;

- (RHRoom *)room;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "RHPerson.h"

@implementation RHPerson

- (void)setRoom:(RHRoom *)room {
    if (_room != room) {
        [_room release];
        _room = [room retain];
    }
}

- (RHRoom *)room {
    return _room;
}

- (void)dealloc {
    [_room release];
    [super dealloc];
    NSLog(@"%s", __func__);
}

@end

三、 @property 參數

  • 在成員變數前加上 @property，系統就會自動幫我們生成基本的 setter / getter 方法，但是不會生成記憶體管理相關的代碼。
@property(nonatomic) int val;
  • 同樣如果在 property 後邊加上 assign，系統也不會幫我們生成 setter 方法記憶體管理的代碼，僅僅只會生成普通的 getter / setter 方法，預設什麼都不寫就是 assign。
@property(nonatomic, assign) int val;
  • 如果在 property 後邊加上 retain，系統就會自動幫我們生成 getter / setter 方法記憶體管理的代碼，但是仍需要我們自己重寫 dealloc 方法。
@property(nonatomic, retain) RHRoom *room;

四、自動釋放池

1、自動釋放池

當我們不再使用一個對象的時候應該將其空間釋放，但是有時候我們不知道何時應該將其釋放。為瞭解決這個問題，Objective-C 提供了 autorelease 方法。

  • autorelease 是一種支持引用計數的記憶體管理方式，只要給對象發送一條 autorelease 消息，會將對象放到一個自動釋放池中，當自動釋放池被銷毀時，會對池子裡面的「所有對象」做一次 release 操作。

註意：這裡只是發送 release 消息，如果當時的引用計數(reference-counted)依然不為 0，則該對象依然不會被釋放。

  • autorelease 方法會返回對象本身，且調用完 autorelease 方法後，對象的計數器不變。
NSObject *obj = [NSObject new];
[obj autorelease];
NSLog(@"obj.retainCount = %zd", obj.retainCount);

2、使用 autorelease 有什麼好處呢？

  • 不用再關心對象釋放的時間
  • 不用再關心什麼時候調用release

3、autorelease 的原理實質上是什麼？

​ autorelease 實際上只是把對 release 的調用延遲了，對於每一個 autorelease，系統只是把該對象放入了當前的 autorelease pool 中，當該 pool 被釋放時，該 pool 中的所有對象會被調用 release 方法。

4、autorelease 的創建方法

// 第一種方式：使用 NSAutoreleasePool 創建
// 創建自動釋放池
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// 銷毀自動釋放池
[pool release];

// 第二種方式：使用 @autoreleasepool 創建
@autoreleasepool {
// 開始代表創建自動釋放池
// 結束代表銷毀自動釋放池
}

5、autorelease 的使用方法

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
RHPerson *p = [[[RHPerson alloc] init] autorelease];
[pool release];

@autoreleasepool {
// 開始代表創建自動釋放池
RHPerson *p = [[[RHPerson alloc] init] autorelease];
// 結束代表銷毀自動釋放池
}

6、autorelease 的註意事項

  • 並不是放到自動釋放池代碼中，都會自動加入到自動釋放池
@autoreleasepool {
// 因為沒有調用 autorelease，所以沒有加入到自動釋放池中
RHPerson *p = [[RHPerson alloc] init];
// 結束代表銷毀自動釋放池
}
  • 在自動釋放池的外部發送 autorelease 不會被加入到自動釋放池中
    • autorelease 是一個方法，只有在自動釋放池中調用才有效。
@autoreleasepool {
}
// 沒有與之對應的自動釋放池, 只有在自動釋放池中調用autorelease才會放到釋放池
Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
[p run];
 
// 正確寫法
@autoreleasepool {
    Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
 }
 
// 正確寫法
Person *p = [[Person alloc] init];
@autoreleasepool {
    [p autorelease];
}

7、自動釋放池的嵌套使用

  • 自動釋放池是以棧的形式存在。
  • 由於棧只有一個入口，所以調用 autorelease 會將對象放到棧頂的自動釋放池。

棧頂就是離調用 autorelease 方法最近的自動釋放池。

@autoreleasepool { // 棧底自動釋放池
    @autoreleasepool {
        @autoreleasepool { // 棧頂自動釋放池
            Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
        }
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}
  • 自動釋放池中不適宜放占用記憶體比較大的對象。
    • 儘量避免對大記憶體使用該方法，對於這種延遲釋放機制，還是儘量少用。
    • 不要把大量迴圈操作放到同一個 @autoreleasepool 之間，這樣會造成記憶體峰值的上升。
// 記憶體暴漲
@autoreleasepool {
    for (int i = 0; i < 99999; ++i) {
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}

// 記憶體不會暴漲
for (int i = 0; i < 99999; ++i) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    }
}

8、autorelease 錯誤用法

  • 不要連續調用 autorelease。
@autoreleasepool {
 // 錯誤寫法, 過度釋放
    Person *p = [[[[Person alloc] init] autorelease] autorelease];
 }
  • 調用 autorelease 後又調用 release(錯誤)。
@autoreleasepool {
    Person *p = [[[Person alloc] init] autorelease];
    [p release]; // 錯誤寫法, 過度釋放
}

五、 MRC 中避免迴圈引用

定義兩個類 Person 類和 Dog 類

  • Person 類：
#import <Foundation/Foundation.h>
@class Dog;
 
@interface Person : NSObject
@property(nonatomic, retain)Dog *dog;
@end
  • Dog 類：
#import <Foundation/Foundation.h>
@class Person;
 
@interface Dog : NSObject
@property(nonatomic, retain)Person *owner;
@end

執行以下代碼：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person *p = [Person new];
    Dog *d = [Dog new];
 
    p.dog = d; // retain
    d.owner = p; // retain  assign
 
    [p release];
    [d release];
 
    return 0;
}

就會出現 A 對象要擁有 B 對象，而 B 對應又要擁有 A 對象，此時會形成迴圈 retain，導致 A 對象和 B 對象永遠無法釋放。

那麼如何解決這個問題呢？

不要讓 A retain B，B retain A。
讓其中一方不要做 retain 操作即可。
當兩端互相引用時，應該一端用 retain，一端用 assign。


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