Instruments之Leaks学习

Posted 2020-09-21 梁飞宇

 

一、内存优化

简介:
Objective_C 有3种内存管理方法, 它们分别是

- MRR (Manual Retain Release, 手动保持释放)- ARC(Automatic Reference Counting, 自动引用计数)- GC(Garbage Collection, 垃圾收集)

• 1>MRR
  ① 也称为 MRC(Manual Reference Counting, 手动引用计数)
  ② 由程序员自己负责管理对象生命周期,负责对象的创建和销毁.

• 2>ARC
  ① 采用和 MRR 一样的内存引用计数管理方法。
  ② 在编译时会在适合的位置插入对象内存释放, (如 release, autorelease, 和 retain 等),
  ③ 程序员不用关心对象释放的问题, 苹果推荐在新项目中使用 ARC, 但在 ios5之前的系统中不能采用 ARC.

• 3>GC
  ① 在Objective_C2.0之后, 内存管理出现了类似于 Java 和 C#的内存垃圾收集技术, 但是垃圾收集与 ARC 一直运行, 垃圾收集是后台有一个线程负责检查已经不再使用的对象,然后释放之.
  ② 由于后台有一个线程一直运行, 一次会严重影响性能, 这也是 Java 和 C#程序的运行速度无法超越 C++的主要原因.
  ③ GC 技术不能应用于 iOS 开发, 只能应用于Mac OS X 开发.

  小结:
  从上面的介绍可知:

• ① iOS 采用 MRR 和 ARC 这两种方式, ARC 是苹果推荐的方式.

• ② MRR 方式相对比较原始, 对于程序员的能力要求很高, 但是它很灵活, 方便, 很不容易驾驭好.

二、内存泄露

1> 什莫是内存泄露？
　　内存泄露指当一个对象或变量在使用完成后没有释放掉, 这个对象一直占用着这部分内存, 直到应用停止.

2> 这种没有 释放掉的对象 多了会发生什么呢？
　　如果这种对象过多,内存就会耗尽,其他应用就无法运行.

3> 在哪里比较普遍？
这个问题在 C++, C 和 Objective-C的 MRR 中是比较普遍的问题.

4> 理论与实际？
　　从理论上讲, 内存泄露是由对象或变量没有释放引起的, 但实践证明并非所有的未释放的对象或变量都会导致内存泄露, 这与硬件环境和操作系统系统环境有关。

5> 我们该怎么办呢？
　　我们需要检测工具帮助我们找到这些"泄漏点".

6> 为什么要测试代码的内存泄露？
　　内存的泄露导致我们软件在运行过程中占用越来越多的内存，占有资源却又得不到及时清理，会导致我们程序效率越来越低，反应慢，会影响我们用户体验，失去市场的竞争能力.

三、查找泄漏点 (两种工具)

在 Xcode 中, 共提供了两种工具帮助查找泄漏点

1 > Analyze

- 学 名:  静态分析工具- 查 找:  可以通过 Product ->Analyze 菜单项启动- 快捷键:  CMD+shift +b.- Analyze主要分析以下四种问题:
  1) 逻辑错误：访问空指针或未初始化的变量等；
  2) 内存管理错误：如内存泄漏等；
  3) 声明错误：从未使用过的变量；
  4) Api调用错误：未包含使用的库和框架。

2 >Instruments

- 学 名:   动态分析工具- 查 找:   Product ->Profile 菜单项启动- 快捷键:  CMD + i.- 简 介:它有很多跟踪模块可以动态分析和跟踪内存, CPU 和文件系统.

四、两种工具查找漏点版面的介绍

1 > 结合使用-思路分析:

　　先使用 Analyze 静态分析查找可疑泄漏点, 再用Instruments动态分析中的 Leaks 和 Allocations 跟踪模板进行动态跟踪分析, 确认这些点是否泄漏, 或者是否有新的泄漏点出现等.

2 > 使用 静态检测内存泄漏工具 Analyze 
　　在 Analyze 静态分析结果中, 凡是有图标

分析结果图标

出现的行都是工具发现的疑似泄露点.

疑似泄漏点所在行

点击疑似泄漏点行末尾的分叉图标,会展开分析结果:

展开分析结果

检测完成时的效果图如下

效果图

小结:
　　这里使用 Analyze 静态分析查找出来的泄漏点,称之为"可疑泄漏点".之所以称之为"可疑泄漏点",是因为这些点未必一定泄露,确认这些点是否泄露, 还要通过 Instruments 动态分析工具的 Leaks 和 Allocations 跟踪模板. Analyze 静态分析只是一个理论上的预测过程.

3 > 动态监测Instruments的Leaks 
1) CMD + i 打开

打开

2) 打开界面的介绍：

界面的介绍

在 instruments 中,虽然选择了 Leaks 模板,但默认情况下也会添加 Allocations 模板.基本上凡是内存分析都会使用 Allocations 模板, 它可以监控内存分布情况。

　　① 选中 Allocations 模板,(图1区域),右边的3区域会显示随着时间的变化内存使用的折线图,同时在4区域会显示内存使用的详细信息,以及对象分配情况.

　　② 点击 Leaks 模板(图中2区域), 可以查看内存泄露情况。如果在3区域有 红X 出现, 则有内存泄露, 4区域则会显示泄露的对象.

3) 打用leaks进行监测：
　　点击泄露对象可以在(下图)看到它们的内存地址, 占用字节, 所属框架和响应方法等信息.打开扩展视图, 可以看到右边的跟踪堆栈信息

leaks进行监测

4) 监测结果的分析：

监测结果的分析

4 > Allocations—内存分配版面的介绍 
Allocations是检测程序运行过程中的内存分配情况的，也需要同时运行着程序。界面情况如下:

Allocations

Allocations

双击某一个方法，同样会跳转到代码里，会有每一句代码对应的内存分配情况，根据这些信息，可以对程序里不同代码的内存占用情况有一些认识，并进行针对性的优化。

五、具体使用

1>.Allocations纪录了内存分配，用来优化内存使用的
2>.Leaks用来分析内存泄漏。ARC中引起的内存泄漏原因就是引用环。

第一步
先选择Leaks和Leaks by Backtrace.这里可以看到那些对象内存泄漏了，泄漏了多少，这个就是简单看看，没有太多调试意义。

泄漏了多少

第二步
然后看看Call Tree，因为Call Tree会给我们大概的位置，有时候会给我们精确的位置，不过要看运气了。
然后，再右面选择Invert Call Tree和Hide System Library

Call Tree

然后双击 上文图片中的任意一行，就会跳到代码处内存泄漏的地方（事实上，到这步，很多内存泄漏的问题都会被发现）,当然也有一些泄露还是看不出来的.

第三步
　　然后我们选择对ARC调试很有用的一个部分Circles & Roots，通过这个我们可以看到详细的ARC引用计数过程。然后，我们看到如下图

小的红色矩形点击可以看到引用计数的详细信息（ARC 就是自动引用计数，计数为0，则对象会被释放）

大的红色矩形可以绘制对象引用环的图，这里如果是我们自己的东西,就能看出来各个对象之间的引用.

　　如果这里没有引用环的图. 首先我们找一下我们自定义的对象,正常完成任务这个对就应该释放的. 为了确认这个对象有没有释放, 可以重写 dealloc 方法, 在此方法中 log 释放信号, 看看是否被释放.

　　如果这里就是没有释放,我们可以点击这儿对象后的箭头详细的看下, 这个对象的引用计数变化如图.

 - All 表示所有的引用计数变化
 - Unpaired表示那些为成对的变化``（成对就是leaks识别出了对应的＋1，－1）
 - By Group会把相关的变化分成一组， 
 - ByTime会按照顺序列出引用计数变化

我们选择Unpaired 和 ByGroup，看到如图

按照顺序看（最左边的标号）
4 这里，引用计数是一，这是正确的，因为到这里正常就是应该是OperationQueue保存一个Operation的引用。 于是，我们把正常的划掉

再继续看，download start 标号6和8是对应的，继续排除问题出现在这里（当然问题不可能出现在这里，这是系统的API，一定会释放，就是简单教大家如何看）

再看看，＋1的还剩下标号7 和 11，7 是正常的为Operation分配线程，应当会＋1，而11就是我们的问题所在了（大部分Delegate都不会使引用+1）。 我们再看下文档

@property(readonly, retain) id< NSURLSessionDelegate > delegate

原来这个代理是retain啊，不是assign或者weak。所以形成了这样的引用环。

那么怎么办呢？有问题下看文档，我们看到图片中引起引用计数加一的是

  + (NSURLSession *)sessionWithConfiguration:(NSURLSessionConfiguration *)configuration delegate:(id)delegate delegateQueue:(NSOperationQueue *)queue:

看下文档，发现了这个地方

于是，我们要手动的去断开强引用，于是，我们手动去断开

•   -(void)setOperationFinished
    {
     [self.session invalidateAndCancel];
    }

  再运行下看看，能够正常的Dealloc了.

总结：其实大多数问题在双击上文的代码部分就可以解决了，少数问题需要详细的分析ARC引用过程。

建议:
　　如果我们未发现表示内存泄露的红 X, 但是我们想进一步评估某个对象对于内存的应用, 可以看看 Allocations 模板的折线图. 反复执行从创建对象 -> 销毁对象 这个过程, 如果总占用内存数会随之增加, 这说明这个对象没有释放, 有些时候虽然占用的内存不是很严重, 但是也会增加占用内存, 因此必须释放这个对象.

　　提示:有些情况下, 对象没有释放是无法检测到的,反复测试内存占用也没有明显的增加, 这时最好在配置比较低的设备上测试一下, 如果问题依然, 可以不用释放对象. 但是从编程习惯上讲, 我们应该释放该对象.

　　事实上,内存泄露是及其复杂的问题, 工具使用是一方面, 经验是另一方面. 提高经验, 然后借助工具才能解决内存泄露的根本.

扩展小知识

1.什莫是内存溢出 out of memory ？
　　是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用，出现out of memory；比如申请了一个integer,但给它存了long才能存下的数，那就是内存溢出。