iOS 内存管理

Posted 2021-08-29 北渚

一、Objective-C 使用引用计数来管理内存。

每个对象都有一个计数器，来表示引用该对象的个数；每次引用就加1，用完就减1；当计数为0时表示不再使用该对象，于是就销毁该对象。
多个对象之间的引用形成闭环会导致循环引用，从而不能够相互释放，造成内存泄漏。

二、ARC 自动引用计数

ARC 自动引用计数，把内存管理事宜交由编译器来处理。
使用 ARC 时，实际上引用计数还是在执行的，只不过保留操作和释放操作由 ARC 在编译时自动为你添加。
ARC 环境下特殊情况处理。

- (void)dealloc {
    // 移除通知中心的监听者
    // 移除 KVO 监听者
    // 关闭 NSTimer，并将定时器置空(nil)
    // 释放非 Objective-C 对象的内存，如 CFRelease(...), free(...)
}

三、自动释放池

@autoreleasepool {} 自动释放池。
当向一个对象发送autorelease消息时，系统会将该对象放入到最新的自动释放池。
在自动释放池的作用域内，池子内的对象依然可以正常使用。
当自动释放池的作用域结束时，再释放池子内的对象———每个对象收到几个autorelease就进行几次release操作。
常见用途：循环内部创建大量临时对象时，没有及时释放导致内存使用急剧增加，可以使用自动释放池在每次循环结束时释放对象。

for (NSInteger i = 0; i < 100000; i++) {
    @autoreleasepool {
        NSString *str = @"Hello World";
        str = [str stringByAppendingFormat:@"- %ld", i];
        str = [str uppercaseString];
    }
}

四、@property 属性修饰符

原子性（多线程管理）：atomic、nonatomic
读写属性：readwrite、readonly
setter 语意：assign、retain、copy
强弱引用：strong、weak
1、NSNumber、NSString、Block 使用 copy。
2、IBOutlet 属性、引用“引用对象”的属性（控制器引用view的子视图）、代理属性使用 weak。
3、Class、id 类型的属性使用 retain。
4、NSString 属性使用 retain 时，可能赋值一个 NSMutableString，导致值为 NSMutableString 类型。
5、NSMutableString 属性使用 copy 时，导致属性值为 NSString 类型，有可能出现未识别方法调用的异常。
atomic 只是保证了读写的线程安全，但是在多线程环境访问对象属性时，访问结果不一定符合我们的预期。

- (void)setAtomicObj:(NSObject *)atomicObj{
    @synchronized(self) {
        if (_atomicObj != atomicObj) {
            [_atomicObj release];
            _atomicObj = [atomicObj retain];
        }
    }
}
- (NSObject *)atomicObj{
    @synchronized(self) {
        return _atomicObj;
    }
}

ARC下同时重写getter、setter方法时，需使用关键字@synthesize 声明变量和属性的关系。
@synthesize name = _name;
注意：@property = ivar + getter + setter;

五、定时器使用时的内存管理

通常控制器会拥有一个定时器，如果把控制器设置为定时器的 target，定时器会引用控制器，导致定时器不关闭销毁时不能释放控制器。因此，想办法不要定时器直接或者间接引用控制器即可。
定时器解决循环引用思路：
1、ios10 以后系统提供了block 方法执行定时器操作。

    [NSTimer timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval) repeats:(BOOL) block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        
    }];
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval) repeats:(BOOL) block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        
    }];

2、给 NSTimer 提供一个分类，实现自定义的 block 方法。

@interface NSTimer (BBBlocksSupport)

+ (NSTimer *)bb_scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
                                         block:(void(^)(void))block
                                       repeats:(BOOL)repeats;

@end

@implementation NSTimer (BBBlocksSupport)

+ (NSTimer *)bb_scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
                                         block:(void(^)(void))block
                                       repeats:(BOOL)repeats {
    return [self scheduledTimerWithTimeInterval:interval
                                          target:self
                                        selector:@selector(bb_blockInvoke:)
                                        userInfo:[block copy]
                                         repeats:repeats];
}

+ (void)bb_blockInvoke:(NSTimer *)timer {
    void (^block)(void) = timer.userInfo;
    if (block) {
        block();
    }
}

@end

3、中间件模式。
设计思路：给中间对象动态添加定时器需要执行的方法。

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface BBTimerManager : NSObject

@property (weak, nonatomic) NSTimer *bb_timer;

+ (instancetype)bb_timerManagerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
                                         target:(id)aTarget
                                       selector:(SEL)aSelector
                                       userInfo:(id)userInfo
                                        repeats:(BOOL)repeats;

@end

#import "BBTimerManager.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation BBTimerManager

+ (instancetype)bb_timerManagerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
                                         target:(id)aTarget
                                       selector:(SEL)aSelector
                                       userInfo:(id)userInfo
                                        repeats:(BOOL)repeats {
    Method targetMethod = class_getInstanceMethod([aTarget class], aSelector);
    if (!class_addMethod([BBTimerManager class], aSelector, method_getImplementation(targetMethod), method_getTypeEncoding(targetMethod))) {
        class_replaceMethod([BBTimerManager class], aSelector, method_getImplementation(targetMethod), method_getTypeEncoding(targetMethod));
    }
    BBTimerManager *manager = [BBTimerManager new];
    manager.bb_timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:interval target:manager selector:aSelector userInfo:userInfo repeats:repeats];
    return manager;
}

@end

- (void)dealloc {
    [_timerManager.bb_timer invalidate];
    _timerManager.bb_timer = nil;
}

六、优雅使用 KVO

在需要处理属性变化事件的对象中添加观察者，并在该对象销毁时移除观察者。

@interface RootViewController ()
@property (retain, nonatomic) Focus *focus;
@end

@implementation RootViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.focus = [[Focus alloc] init];
    [self.focus addObserver:self
                 forKeyPath:@"number"
                    options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld
                    context:nil];
    self.focus.number = @2;
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    if ([keyPath isEqualToString:@"number"]) {
        NSLog(@"%@", change);
    }
}

- (void)dealloc {
    [self.focus removeObserver:self forKeyPath:@"number"];
}

七、copy 操作

对于不可变对象 NSString、NSArray、NSDictionary 表示引用加1。
对于可变对象 NSMutableString、NSMutableArray、NSMutableDictionary 表示复制对象，返回不可变对象。
mutableCopy 操作：
对于不可变对象、可变对象都是表示复制对象，返回可变对象。
自定义对象使用 copy 和 mutableCopy 需要遵守 NSCopying 和 NSMutableCopying 协议。

- (id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone;
- (id)mutableCopyWithZone:(nullable NSZone *)zone;

八、weak 引用原理

runtime 维护了一个 weak 表，weak 表其实是一个 hash（哈希）表，其中 Key 是所指对象的地址，Value 是 weak 指针的地址数组。
weak 的实现原理可以概括一下三步：
1、初始化时：runtime会调用objc_initWeak函数，初始化一个新的weak指针指向对象的地址。
2、添加引用时：objc_initWeak函数会调用 objc_storeWeak() 函数， objc_storeWeak() 的作用是更新指针指向，创建对应的弱引用表。
3、释放时，调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组，然后遍历这个数组把其中的数据设为nil，最后把这个entry从weak表中删除，最后清理对象的记录。