iOS __weak的底层实现

1.为什么要使用weak关键字修饰对象

因为使用weak修饰的对象在对象释放的时候,引用它的指针会自动被置为nil;

2. weak和__unsafe_unretained差别,是不是__unsafe_unretained因为weak出现而不再使用了

__unsafe_unretained和weak区别在于,所引用的对象在释放的时候,引用它的指针会不会自动被置为nil,可能会产生野指针,但这并不代表__unsafe_unretained就没用了,在一些情况下合理使用__unsafe_unretained能够带来一定性能上的提升.

3.weak的底层的实现
weak存储.png

参照代码:
SideTable

struct SideTable {
    weak_table_t weak_table;
    ....
};

weak_table

struct weak_table_t {
    weak_entry_t *weak_entries;
};

weak_entry_t

struct weak_entry_t {
    DisguisedPtr<objc_object> referent;
    union {
        struct {
            weak_referrer_t *referrers;
        };
    };
 ...
};

可以得到一个结论,系统为我们创建了一个全局的weak_table,这个表里面有一个weak_entries这样的一个一维数组,重点关注这个weak_entries这个数组中的每个结构体weak_entry_t,其中referent为被弱引用的对象, 而referrers则是指向这个弱引用的的地址,举个例子

@interface Dog : NSObject
@property (nonatomic,weak) NSObject *referent;
@end
// 暂时可认为这个referent和weak_entry_t结构体中的referent是一致的,而referrers[0] = & referent;(ps.假设目前就一个弱指针指向referent)
4.weak修饰对象的存储

4.1 property中使用weak修饰

@property (nonatomic,weak) NSObject *referent;

// 底层实现函数入口
id objc_storeWeak(id *location, id newObj)
{
    return storeWeak<DoHaveOld, DoHaveNew, DoCrashIfDeallocating>
        (location, (objc_object *)newObj);
}

4.2 使用__weak修饰对象

__weak NSObject *referent

// 底层实现函数入口
id objc_initWeak(id *location, id newObj)
{
    if (!newObj) {
        *location = nil;
        return nil;
    }

    return storeWeak<DontHaveOld, DoHaveNew, DoCrashIfDeallocating>
        (location, (objc_object*)newObj);
}

其实不论是使用weak还是__weak底层都是调用storeWeak这个函数,区别在于模板的第一个参数HaveOld,官方解释如下

If HaveOld is true, the variable has an existing value 
that needs to be cleaned up. This value might be nil.

进入到storeWeak函数中

static id storeWeak(id *location, objc_object *newObj)
{
...
    if (haveNew) {
        newObj = (objc_object *)
            weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, (id)newObj, location, 
                                  crashIfDeallocating);
        // Do not set *location anywhere else. That would introduce a race.
        *location = (id)newObj;
    }
...
}

关注weak_register_no_lock函数

id weak_register_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, 
                      id *referrer_id, bool crashIfDeallocating)
{
   // 被弱引用的对象
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
   // 指向弱引用对象的指针
    objc_object **referrer = (objc_object **)referrer_id;

    // now remember it and where it is being stored
    weak_entry_t *entry;
    if ((entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))) {
        append_referrer(entry, referrer);
    } 
    else {
        weak_entry_t new_entry(referent, referrer);
        weak_grow_maybe(weak_table);
        weak_entry_insert(weak_table, &new_entry);
    }

    // Do not set *referrer. objc_storeWeak() requires that the 
    // value not change.

    return referent_id;
}

优先检查weak_table中是否存在referent作为key的的weak_entry_t,如果存在,则插入一个新的指向这个弱引用对象的referrer地址,对应的关系如下图:

unit_weak_entry.png

先看看在没有weak_entry_t存储了referent的时候如何处理,代码如下

weak_entry_t new_entry(referent, referrer);
weak_grow_maybe(weak_table);
weak_entry_insert(weak_table, &new_entry);

先为这个referent创建了一个weak_entry_t,目前也就一个referrer弱引用referent,接下来判定weak_table的存储空间是否足够

static void weak_grow_maybe(weak_table_t *weak_table)
{
    size_t old_size = TABLE_SIZE(weak_table);

    // Grow if at least 3/4 full.
    if (weak_table->num_entries >= old_size * 3 / 4) {
        weak_resize(weak_table, old_size ? old_size*2 : 64);
    }
}

static void weak_resize(weak_table_t *weak_table, size_t new_size)
{
    size_t old_size = TABLE_SIZE(weak_table);
    
    weak_entry_t *old_entries = weak_table->weak_entries;
    weak_entry_t *new_entries = (weak_entry_t *)
        calloc(new_size, sizeof(weak_entry_t));
   // 因为mask为2^n,所以-1,是的mask等于全1的二进制
    weak_table->mask = new_size - 1;
    weak_table->weak_entries = new_entries;
    weak_table->max_hash_displacement = 0;
    weak_table->num_entries = 0;  // restored by weak_entry_insert below
    
   // 重新将老的数据插入到插入到新分配的空间中
    if (old_entries) {
        weak_entry_t *entry;
        weak_entry_t *end = old_entries + old_size;
        for (entry = old_entries; entry < end; entry++) {
            if (entry->referent) {
                weak_entry_insert(weak_table, entry);
            }
        }
        free(old_entries);
    }
}

weak_tablenum_entries大于总量的3/4,其中这个总量存储在weak_tablemask字段中,初始使用64,以后每次扩容为上次大小的2倍.
接下来插入这个新的weak_entry_t

static void weak_entry_insert(weak_table_t *weak_table, weak_entry_t *new_entry)
{
    weak_entry_t *weak_entries = weak_table->weak_entries;
    assert(weak_entries != nil);
   // 
    size_t begin = hash_pointer(new_entry->referent) & (weak_table->mask);
    size_t index = begin;
    size_t hash_displacement = 0;
    while (weak_entries[index].referent != nil) {
        index = (index+1) & weak_table->mask;
        if (index == begin) bad_weak_table(weak_entries);
        hash_displacement++;
    }
    
   // 这个index即为弱引用对象的地址,hash偏移后产生的
    weak_entries[index] = *new_entry;
    weak_table->num_entries++;

    if (hash_displacement > weak_table->max_hash_displacement) {
        weak_table->max_hash_displacement = hash_displacement;
    }
}

weak_entry_insert的算法算是__weak实现的精华所在,如果直接使用弱引用对象的地址作为index,那么weak_entries的大小就要alloc对应系统位数的内存大小,显然不可能,这样内存空间将会全部被占用.因此出现了上面这个方法,根据存储对象的数量,动态申请内存,再根据引用对象的地址mask后,一定是小于TABLE_SIZE,但是可能有两个不同的对象,结尾的地址是相同的,这个时候就需要特殊处理,每次index++,直到这个index对应的位置没有被使用.

5.weak修饰对象的释放

当使用weak修饰的对象被释放,调用流程如下图所示

被弱引用对象的释放.png

从图可以看出referent对象在释放以后,会去判定是否在weak表中有数据,如果存在会利用weak_clear_no_lock函数,将referrers全部置为nil,代码如下

void 
weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id) 
{
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;

    weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);

    // zero out references
    weak_referrer_t *referrers;
    size_t count;
    
    if (entry->out_of_line()) {
        referrers = entry->referrers;
        count = TABLE_SIZE(entry);
    } 
    else {
        referrers = entry->inline_referrers;
        count = WEAK_INLINE_COUNT;
    }
    
    for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        objc_object **referrer = referrers[i];
        if (referrer) {
            if (*referrer == referent) {
             // 这是为什么使用weak修饰属性,在释放的时候会被置为nil的原因
                *referrer = nil;
            }
        }
    }
    // 从weak_table中移除这个entry
    weak_entry_remove(weak_table, entry);
}

当某个对象拥有weak属性,在这个对象被释放的时候,会调用下面这个方法,将引用地址置为nil

void objc_destroyWeak(id *location)
{
    (void)storeWeak<DoHaveOld, DontHaveNew, DontCrashIfDeallocating>
        (location, nil);
}

static id 
storeWeak(id *location, objc_object *newObj)
{
    // Clean up old value, if any.
    if (haveOld) {
        weak_unregister_no_lock(&oldTable->weak_table, oldObj, location);
    }
}

void
weak_unregister_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, 
                        id *referrer_id)
{
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
    objc_object **referrer = (objc_object **)referrer_id;

    weak_entry_t *entry;

    if (!referent) return;

    if ((entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))) {
       // 移除弱引用
        remove_referrer(entry, referrer);
        bool empty = true;
        if (entry->out_of_line()  &&  entry->num_refs != 0) {
            empty = false;
        }
        else {
            for (size_t i = 0; i < WEAK_INLINE_COUNT; i++) {
                if (entry->inline_referrers[i]) {
                    empty = false; 
                    break;
                }
            }
        }
       // 没有弱引用指向这个对象,移除这个entry
        if (empty) {
            weak_entry_remove(weak_table, entry);
        }
    }
}

static void remove_referrer(weak_entry_t *entry, objc_object **old_referrer)
{
    if (! entry->out_of_line()) {
        for (size_t i = 0; i < WEAK_INLINE_COUNT; i++) {
            if (entry->inline_referrers[i] == old_referrer) {
                entry->inline_referrers[i] = nil;
                return;
            }
        }
    }

    size_t begin = w_hash_pointer(old_referrer) & (entry->mask);
    size_t index = begin;
    size_t hash_displacement = 0;
    while (entry->referrers[index] != old_referrer) {
        index = (index+1) & entry->mask;
        if (index == begin) bad_weak_table(entry);
        hash_displacement++;
    }
    entry->referrers[index] = nil;
    entry->num_refs--;
}
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 212,029评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,395评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,570评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,535评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,650评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,850评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,006评论 3 408
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,747评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,207评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,536评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,683评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,342评论 4 330
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,964评论 3 315
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,772评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,004评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,401评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,566评论 2 349

推荐阅读更多精彩内容

  • 那一年,她刚上高中,她来自一个小县城,骨子里的自卑淹没着她。直到遇到他…… 他是她们军训时候的班长,一个...
    子熙哥哥阅读 241评论 0 2
  • 最近非常忙,工作上的事情接踵而至,让我感到应接不暇。 周六就要出游,期待了一个月的假期终于要到来。这次出行可以住在...
    小黄人儿阅读 96评论 0 0
  • 在墓碑前你弹响了一首通往上帝的曲子琴声响起之前一颗子弹已经虎视耽耽 你让心情,以悲壮的琴声盖过枪林弹雨飘荡在战争的...
    嘉温阅读 477评论 8 24
  • 今天的晨读又是满满的干货,很是实用。西蒙在《感召力》这本书中,分享了在沟通中,如何攻破本能脑,情感脑和逻辑脑。从而...
    柒零晓阅读 163评论 0 3
  • 目标不同,需求不同,策略不同
    邢大侠阅读 170评论 0 0