iOS 内存管理、查找循环引用

内存管理

1、ARC 下的内存管理

循环引用

如图,就是循环引用的情况,A、B 互相引用无法释放。


循环引用内存图

造成循环引用的情况

1、代理

代理都是用弱指针,以避免循环引用。

2、block

block 可以捕获外接的变量,控制器中的 block 引用 self ,block 的结构体将有一个强指针指向 self(控制器)(如下面代码),如果 block 是个局部变量,block 会很快释放不会产生循环引用,如果 block 是控制器的一个属性,则会出现循环引用。

struct __TestBlockStructViewController__testBlockCaptureStackVariable_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __TestBlockStructViewController__testBlockCaptureStackVariable_block_desc_0* Desc;
  TestBlockStructViewController *const __strong self; // 强指针
    
  __TestBlockStructViewController__testBlockCaptureStackVariable_block_impl_0
    (void *fp,
     struct __TestBlockStructViewController__testBlockCaptureStackVariable_block_desc_0 *desc,
     TestBlockStructViewController *const __strong _self,
     int flags=0) : self(_self) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

有一个常见的循环引用场景是,Controller 发送网络请求,网络回调 block 强引用 当前 Controller。在网速比较慢的情况下,网络请求可能持续几十秒(建议设置网络超时不超过 10s),在这段时间内将有循环引用。
例如:

[NetReq getBookInfoWithShopId:@"3772" bookId:@"526377307" success:^(NSDictionary *data) {
    self.arrayModel = .... // 网络返回前,一直强引用 self
} fail:^(NSError *error) {
}];

解决block 的循环引用

  • block 外定义弱指针,block 内部定义强指针,网络请求的 block 可以向下面这样处理。
__weak typeof(self) ws = self;
self.block = ^{
    typeof(ws) strongSelf = ws;
    NSLog(@"%@", strongSelf);
};
  • 控制器作为 block 的参数
self.block = ^(UIViewController *vc) {
    NSLog(@"%@", vc);
};
3、NSTimer
[NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerHandleMethod) userInfo:nil repeats:YES];

使用timer时,timer 强引用 target,把 timer 添加到 runloop 中后,runloop 持有timer,此时便形成了一个强引用链:Runloop -> NSTimer -> Target。所以在控制器中使用timer ,界面退出时一定要调用 invalidate 方法

- (void)viewDidDisappear:(BOOL)animated {
    [super viewDidDisappear:animated];
    
    if (self.isBeingDismissed || self.isMovingFromParentViewController) {
        [self.timer invalidate];
    }
}

Autorelease Pool

Autorelase Pool 提供了向一个对象延迟发送release消息的机制。在 ARC 下,我们并不需要手动调用 autorelease 有关的方法,甚至可以完全不知道 autorelease 的存在,就可以正确管理好内存。因为 Cocoa Touch 的 Runloop 中,每个 runloop circle 中系统都自动加入了 Autorelease Pool 的创建和释放。

当我们需要创建和销毁大量的对象时,使用手动创建的 autoreleasepool 可以有效的避免内存峰值的出现。因为如果不手动创建的话,外层系统创建的 pool 会在整个 runloop circle 结束之后才进行 drain,手动创建的话,会在 block 结束之后就进行 drain 操作。一个普遍被使用的例子如下:

for (int i = 0; i < 100000000; i++)
{
    @autoreleasepool
    {
        NSString* string = @"ab c";
        NSArray* array = [string componentsSeparatedByString:string];
    }
}

如果不使用 autoreleasepool ,需要在循环结束之后释放 100000000 个字符串,如果 使用的话,则会在每次循环结束的时候都进行 release 操作。

检测循环引用

1、Instruments - Leaks
instruments_Leaks.png

Xcode提供的内存分析工具 Leaks 可以检测内存泄露。先在控制器A里写一段循环引用的代码,由根控制器跳进 A,退出A 控制器后,A 肯定释放不了:

@property (copy, nonatomic) dispatch_block_t block;

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    self.block = ^{
        NSLog(@"%@", self);
    };
}

将代码运行在真机上,在 Leaks 左上角选择设备和检测的app,点击 左边的红色按钮启动即可,进入A 控制器再退出,反复多试几次,可以检测到循环引用

leaks_detack_memroy_cycle.png
2、调试内存图

从 Xcode 8 开始,Xcode 的 debug 栏提供了查看内存图的功能,可以很方便的查看程序的内存情况

memory_graph_button.png

点击之后app 会停住,显示当前活着的对象,上个demo 里面的内存引用图是这样的


Retain_cycle_block_ratain.png
3、精准的内存检测工具 MLeaksFinder

MLeaksFinder 是一个在开发阶段可以及时检测内存泄露的开源库,GitHub 地址:MLeaksFinder

使用 pod 'MLeaksFinder 命令安装后不用其他任何操作,出现循环引用后,会自动弹出提示框,默认只在 debug 下生效,也可以通过 MLeaksFinder.h 里的 //#define MEMORY_LEAKS_FINDER_ENABLED 0 来手动控制开关。

MLLeakFind_retain_cycle.png

2、CoreFoundation 下的内存管理

iOS 开发中基本都是使用自动引用计数方式,编程中基本感受不到内存管理的存在,但在 CoreFoundation 中是无法使用自动引用计数,其内存管理还需手动调用代码-CFRetain(CFTypeRef) CFRelease(CFTypeRef)。CoreFoundation 对象和 Foundation 对象可以无缝桥接,但桥接时需要指定转换后内存由谁管理,桥接修饰词-__bridge__bridge_retained__bridge_transfer

__bridge

只进行转换,原转换对象引用计数不变,原对象需要调用 CFRelease 释放内存。使用 __bridge 转换安全性会很低,如果不注意对象的所有者,会引发野指针崩溃。下面来看对应的等效代码为:

// ARC
id obj = [NSObject new];
void *p = (__bridge void *)obj;

对应的 MRC 等效代码为:

/* MRC */
id obj = [NSObject new];
void *p = (__bridge void *)obj;

转换后 p 没有 retain 该对象,obj 释放后 p 是个野指针,使用 p 会出现崩溃,ep:

- (void)testBridge {
    /* MRC */
    id obj = [NSObject new];
    void *p = (__bridge void *)obj;

    [obj release];
    obj = nil;

    NSLog(@"%@", p); // EXC_BAD_ACCESS
}

使用 __bridge转换,p 没有持有对象,[obj release]; 后对象就释放了,上面的程序会出现 EXC_BAD_ACCESS 崩溃。

__bridge_retained

转换后的指针也持有所赋值的对象。看等效代码:

// ARC
id obj= [NSObject new];
void *p = (__bridge_retained void*)obj;

上面是 ARC 下的 __bridge_retained转换,对应的 MRC 等效代码为:

// MRC
id obj = [NSObject new];
void *p = obj;
[(id)p retain];

转换后的 p 持有对象,obj 释放后,p 不会像 __bridge 出现野指针的情况。

__bridge_transfer

引用计数交给 ARC 管理,转换对象持有的内存在转换完成后随之释放。

id obj = (__bridge_transfer id)p;

上面代码对应于 MRC 下的等效代码:

id obj = (id)p;
[obj retain];
[(id)p release];

验证 __bridge_transfer 执行后,原内存会释放。

/* ARC */
id o = [NSObject new];
void *p = (__bridge void *)o;

id obj = (__bridge_transfer id)p;
NSLog(@"%@", [obj class]);

id obj2 = (__bridge id)p;
NSLog(@"obj2:%@", [obj2 class]); // EXC_BAD_ACCESS

执行结果为:

2019-01-27 12:18:53.820708+0800 testThread[9588:293724] NSObject
2019-01-27 12:18:53.820897+0800 testThread[9588:293724] obj2:NSObject

第一次转换为 obj 后 p 的内存就释放了,随后转换为 obj 2 遇到了 EXC_BAD_ACCESS 错误,结论得以验证。若将 id obj = (__bridge_transfer id)p; 修改成 id obj = (__bridge id)p; 则程序不会崩溃。

Reference

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