block本質探尋八之迴圈引用

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說明：閱讀本文，請參照之前的block文章加以理解； 一、迴圈引用的本質 //代碼——ARC環境 //列印 分析：main函數日誌輸出之前，Person實例對象就被銷毀了——因為在test1()方法中，強指針per持有[[Person alloc] init]對象會執行retain操作導致Perso ...


說明：閱讀本文，請參照之前的block文章加以理解；

一、迴圈引用的本質

//代碼——ARC環境

void test1()
{
    Person *per = [[Person alloc] init];
    per.age = 10;
    per.block = ^{
        NSLog(@"-------1");
    };
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        test1();
//        test2();
    }
    
    NSLog(@"----");
    return 0;
}
#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

typedef void(^MyBlock)(void);

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, copy) MyBlock block;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END



#import "Person.h"

@implementation Person

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

@end

//列印

2019-01-17 16:46:28.353740+0800 MJ_TEST[2990:240693] -[Person dealloc]
2019-01-17 16:46:28.354013+0800 MJ_TEST[2990:240693] ----
Program ended with exit code: 0

分析：main函數日誌輸出之前，Person實例對象就被銷毀了——因為在test1()方法中，強指針per持有[[Person alloc] init]對象會執行retain操作導致Person實例對象的retainCount值為2（此前alloc操作，其retainCount值就設置為1），當test1()方法結束時，per被存放在棧區也隨之銷毀，故per不會再持有Person實例對象即執行release操作導致該對象的retainCount指減1；當自動銷毀池autoreleasepool結束時，會自動向池中的所有對象再次發送一條release消息，那麼此時Person實例對象的retainCount值再次減1變成0，對象的引用計數一旦為0，其所占記憶體會被自動回收，因此Person實例對象就會銷毀；

補充：我們知道blcok的記憶體管理模式為copy策略（原因就不分析了），因為在ARC環境下強指針持有block對象，系統會自動將block對象copy到堆區中，所以ARC模式下，系統會自動幫助我們對block進行copy的管理策略，我們寫成strong的策略是沒有任何問題的——但是，MRC模式下必須是copy策略，系統不會幫你管理記憶體，只能手動；這點請註意！

至此，以上Person實例對象銷毀是正常的，那麼什麼情況下是不正常的？往下看：

//代碼

void test2()
{
    Person *per = [[Person alloc] init];
    per.age = 10;
    per.block = ^{
        NSLog(@"-------%d", per.age);
    };
}

//列印

2019-01-17 15:00:31.859710+0800 MJ_TEST[2486:187534] -----
Program ended with exit code: 0

//clang

main.cpp

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  Person *__strong per;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, Person *__strong _per, int flags=0) : per(_per) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

Person.cpp

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _age;
    MyBlock  _Nonnull _block;
};


struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};


static void(* _I_Person_block(Person * self, SEL _cmd) )(){ return (*(MyBlock  _Nonnull *)((char *)self + OBJC_IVAR_$_Person$_block)); }


static void _I_Person_setBlock_(Person * self, SEL _cmd, MyBlock  _Nonnull block) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct Person, _block), (id)block, 0, 1); }

分析：

<1>我們知道，oc對象編譯成C++後的本質就是一個結構體Person_IMPL，該結構體的第一個成員變數就是isa指針，指向類對象本身；同時，@property修飾的屬性，系統會自動生成一個結構體成員變數，還為之生成getter和setter方法——這些之前的文章已經說過，此處不再贅述！

<2>per實例對象結構體Person_IMPL中含有_block變數，通過setter法_I_Person_setBlock_將block對象（等號右邊）賦值給該_block變數，因此_block指向block對象（強引用）；

<3>在__main_block_impl_0結構體中，我們看到Person *__strong per，所以，block對象本身對Person實例對象也是強引用；

綜上：block對象結構體__main_block_impl_0通過其內部成員指針變數Person *__strong per持有Person實例對象（強引用），而Person實例對象結構體Person_IMPL通過其內部成員指針變數_block持有block對象（強引用）——因此二者構成迴圈引用，當autoreleasepool大括弧結束時，block對象和Person實例對象所占記憶體依然沒有被系統回收，因為他們的引用計數依然大於0；

//圖解——註：self是一個auto型的局部變數，指向的是[[Person alloc] init]實例對象

 

補充：所以block迴圈引用造成的直接後果是記憶體泄露（即程式結束而記憶體沒有被回收——>根本原因是對象引用計數大於0（retain和release使用次數不對等）——>是因為強指針引用造成的）；

引伸：當對象所占記憶體被回收時，指向對象的指針（強指針）應當被賦值於nil或者指向其他的合法記憶體，否則會導致野指針調用（亂指）程式崩潰——但是，用weak做記憶體管理策略（即修飾指針變數）時，為什麼系統會自動將指針變數置為nil？這點後面文章會提到！

 

二、解決方案

思路：

據上分析，打破迴圈引用，只需要將其中一個強引用變成弱引用即可，那麼要改變哪一個弱引用呢？Person實例對象內部擁有block屬性，當該實例對象銷毀時，其block屬性也會隨之銷毀，所以我們只需要將block對象中的Person類型指針變成弱指針即可——通常都是這樣做！

//圖解

 

 

1）ARC環境下

方案一：weak修飾

//代碼

void test3()
{
    Person *per = [[Person alloc] init];
    per.age = 10;
    __weak Person *weakPer = per;
    per.block = ^{
        NSLog(@"-------%d", weakPer.age);
    };
}

//列印

2019-01-18 14:10:17.451718+0800 MJ_TEST[1458:103419] -[Person dealloc]
2019-01-18 14:10:17.452663+0800 MJ_TEST[1458:103419] ----
Program ended with exit code: 0

//clang

struct __test3_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __test3_block_desc_0* Desc;
  Person *__weak weakPer;
  __test3_block_impl_0(void *fp, struct __test3_block_desc_0 *desc, Person *__weak _weakPer, int flags=0) : weakPer(_weakPer) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

分析：

<1>block對象中，Person指針變數類型變成了__weak類型，列印前person對象銷毀了；

<2>另外一種寫法：__weak typeof(per) weakPer = per  <=>  __weak Person *weakPer = per;（前者寫法居多）

 

 

方案二：__unsafe_unretained修飾 

 

註：__weak修飾和__unsafe_unretained，二者有一個非常重要的區別：

經上分析，我們知道Person實例對象銷毀後，其內部的block屬性也會銷毀，那麼其也就不再指向block對象了，而此時一旦block對象沒有任何強引用，作用域結束後，其也會被銷毀，其成員變數Person指針也會被銷毀，這點沒問題！————但是，如果block對象還存在呢（被其他指針強引用），此時其內部成員變數Person指針也存在，但是依然會指向Person實例對象銷毀前所占的記憶體區域，但是該記憶體區域已經被系統回收了，Person指針指向的是不合法的記憶體區域——如果是weak修飾，系統會自動將指針置為nil（指向合法的記憶體區域）；如果是__unsafe_unretained修飾，什麼也不會做，這樣就會導致野指針調用！

 

方案三：__block修飾

//代碼

void test4()
{
    __block Person *per = [[Person alloc] init];
    per.age = 10;
    per.block = ^{
        NSLog(@"-------%d", per.age);
        per = nil;
    };
    per.block();
}

//列印

2019-01-18 15:20:06.697898+0800 MJ_TEST[1810:136831] -------10
2019-01-18 15:20:06.698250+0800 MJ_TEST[1810:136831] -[Person dealloc]
2019-01-18 15:20:06.698300+0800 MJ_TEST[1810:136831] ----
Program ended with exit code: 0

//clang

struct __Block_byref_per_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_per_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 Person *__strong per;
};


struct __test4_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __test4_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_per_0 *per; // by ref
  __test4_block_impl_0(void *fp, struct __test4_block_desc_0 *desc, __Block_byref_per_0 *_per, int flags=0) : per(_per->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

分析：

<1>block對象持有__block對象，而__block對象又持有Person實例對象，而Person實例對象又持有block對象——如此，構成一個三角迴圈： 

 

 

 <2>通過block回調，Person實例對象指針被置為nil，而該指針本質是__block對象中的Person *__strong per指針，因此該指針不可能再指向Person實例對象了，所以，第2條持有就斷開了，打破了三角迴圈；

說明：但是該方案看起來比較麻煩，一旦忘記將指針置為nil，就會造成記憶體泄露；

註：以上分析不理解，請參考前述block文章，此處不再贅述！

 

2）MRC環境

說明：該環境下不支持__weak修飾；

方案一：__unsafe_unretained修飾

//代碼

void test5()
{
//    __unsafe_unretained Person *per = [[Person alloc] init];
    __block Person *per = [[Person alloc] init];
    per.age = 10;
    per.block = [^{
        NSLog(@"-------%d", per.age);
    } copy];
    [per release];
    per = nil;
}

//列印

2019-01-18 16:42:49.970441+0800 MJ_TEST[2257:177470] -[Person dealloc]
2019-01-18 16:42:49.971587+0800 MJ_TEST[2257:177470] ----
Program ended with exit code: 0

分析：

<1>根據習慣，MRC環境下，我們通常會將block對象（等號右邊）從棧區copy到堆區，以達到手動控制其記憶體銷毀的目的；

<2>原理：調用alloc創建對象時，系統會自動將該實例對象引用計數置為1，而該對象又會隨著block的copy而一起被copy到堆區，此時該對象的retainCount會加1（變成2），當對該對象發送release消息時，其retainCount自動減1（由2變成1），所以當程式結束時，Person實例對象retainCount為1（>0），其記憶體並不會被系統回收從而導致記憶體泄露；

那麼，__unsafe_unretained修飾後，無論後面有多少次retain或者copy操作，Person實例對象的retainCount始終為1，所以程式結束前release時，其retainCount值變為0，此時記憶體被回收，而不會導致記憶體泄露的問題；

 

方案二：__block修飾 

 

 分析：為什麼block可以？

<1>前述文章我們分析到，MRC環境下，__block修飾對象類型的auto局部變數，系統生成的__block對象並不會根據其記憶體成員變數Person指針變數（其實就是test5()方法中的per指針）是強指針類型而對Person實例對象（[[Person alloc] init]）進行retain操作（強引用）；

<2>所以此時，__block的作用相當於__unsafe_unretained的作用，原理一樣；

 

補充一個問題：在ARC環境下，弱指針不能通過"->"形式來訪問對象的成員變數

原因：就是weakSelf很可能為為空（即有可能提前被釋放了），所以必須使用強指針來訪問

//代碼

Person.m

- (void) test6
{
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.block = ^{
        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
        NSLog(@"-------%d", strongSelf->_age);
    };
}

main.m

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
//        test1();
//        test2();
//        test3();
//        test4();
//        test5();
        Person *per = [[Person alloc] init];
        [per test6];
    }
    
    NSLog(@"----");
    return 0;
}

//列印

2019-01-18 17:43:41.010848+0800 MJ_TEST[2557:208583] -[Person dealloc]
2019-01-18 17:43:41.011346+0800 MJ_TEST[2557:208583] ----
Program ended with exit code: 0

//clang

Person.m

struct __Person__test6_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __Person__test6_block_desc_0* Desc;
  Person *const __weak weakSelf;
  __Person__test6_block_impl_0(void *fp, struct __Person__test6_block_desc_0 *desc, Person *const __weak _weakSelf, int flags=0) : weakSelf(_weakSelf) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

分析：block對象的內部成員變數weakSelf依然是weak類型，並不受block代碼塊內部的__strong轉化，該轉化只是為了騙取編譯器通過編譯而已；

 

三、結論

1）原因：block對象與OC對象相互持有（強引用）——OC對象有block屬性，block代碼塊中用到了該實例對象；

2）危害：程式結束時，相互強應用（對象的引用計數>0）導致實例對象所占記憶體不能及時被系統回收——即記憶體泄露；

3）解決：

<1>ARC：__weak修飾（常用）、__unsafe_unretained（會引起野指針調用，不推薦）、__block（過於繁瑣，不推薦）；

<2>MRC：__unsafe_unretained和__block；

 

 

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