iOS 内存管理

在描述内存分配之前,我们需要搞懂两个东西,RAM,ROM。

RAM: 随机存取存储器(random access memory)又称作“随机存储器”,是与CPU直接交换数据的内部存储器,也叫主存(内存)。它可以随时读写,而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。存储单元的内容可按需随意取出或存入,且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容,故主要用于存储短时间使用的程序

ROM: 只读存储器(Read-Only Memory),是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中,并且资料不会因为电源关闭而消失,CPU是不能直接访问的,而是需要文件系统/驱动程序(嵌入式中的EMC)将其读到RAM里面,CPU才可以访问。


一:介绍下内存的几大区域



ram 内存区域图

代码段:编译之后的代码

数据段:

字符串常量:  比如NSString *str= @123

已初始化数据(又称常量区):已经初始化的全局变量,静态变量等

未初始化数据(又称bss段): 未初始化的全局变量,静态变量

堆:通过alloc ,malloc,calloc 等动态分配的空间,分配的内存空间地址越来越大

栈:函数调用开销,比如局部变量。分配的内存空间地址越来越小

1.栈区 (stack [stæk]): 由编译器自动分配释放

局部变量是保存在栈区的

方法调用的实参也是保存在栈区的

2.堆区 (heap [hiːp]): 由程序员分配释放,若程序员不释放,会出现内存泄漏,赋值语句右侧 使用 new 方法创建的对象,被创建对象的所有 成员变量!

3.BSS 段 : 程序结束后由系统释放

4.数据段 : 程序结束后由系统释放

5.代码段:程序结束后由系统释放

程序编译链接 后的二进制可执行代码

可能被追问的问题二:

比如申请后的系统是如何响应的?

栈:存储每一个函数在执行的时候都会向操作系统索要资源,栈区就是函数运行时的内存,栈区中的变量由编译器负责分配和释放,内存随着函数的运行分配,随着函数的结束而释放,由系统自动完成。

注意:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。

堆:

1.首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表。

2.当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序。

3 .由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中

可能被追问的问题三:

比如:申请大小的限制是怎样的?

栈:栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数 ) ,如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。

堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

栈:由系统自动分配,速度较快,不会产生内存碎片

堆:是由alloc分配的内存,速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。

一个函数在运行的时候 ,实际都访问了哪些内存区域呢?

首先如果函数有自动变量(局部变量),会访问栈区,而且假如函数有形参,也一定会访问栈区,会在栈上分配这些变量的内存。然后如果是发送的对象方法,会从堆中的类的方法列表中找到函数在代码区的地址,进行函数调用。如果用到未初始化的静态变量会访问bss段,使用到已定义的数据常量或全局变量的话,还会访问到常量区。具体如下图所示:

代码运行实际访问内存区域


Tagged Pointer

从64bit开始,iOS 引入了Tagged Pointer技术,用于优化NSNumer,NSDate,NSString等等小对象的 存储。

在没有使用tagged pointer之前,NSNumber等对象需要动态分配内存,维护引用计数等,NSNumber指针存储的是堆中的NSNumber对象的地址值。

使用tagged Pointer之后,NSNumber指针里面存储的数据变成了 tag+data,也就是将数据直接存储在了指针中。

当指针不够存储数据时,才会使用动态分配内存的方式来存储数据

objc_msgSend能识别tagged pointed ,比如NSNumber的initValue方法,节省了以前的调用开销。

如何判断一个指针是否为tagged Pointer?

iOS 平台,最高有效位 是1 (第64bit)

讲一下你对 iOS 内存管理的理解


在iOS 中,使用引用计数来管理OC对象的内存

 引用计数的内存管理的思考方式:

(1)自己生成的对象,自己所持有。(alloc,new,copy,mutableCopy)

(2)非自己生成的对象,自己也能持有。(retain)

(3)不再需要的自己持有的对象时释放。(release)

(4)非自己持有的对象无法释放。(一个对象既不持有某对象(即没有通过alloc,new,copy,mutableCopy获取对象),也没有通过reatin 持有该对象,则不能对该对象进行release,为何这样?语言就没有对象的实现操作,你怎么释放)

一个新创建的OC对象的引用计数默认是1, 当引用计数减为0时,OC对象就销毁,释放其占用的内存空间。

调用retain会让OC对象的引用计数+1,调用relase会让oc对象的引用计数-1

当调用alloc,new,copy,mutableCopy方法返回了一个对象,在不需要这个对象时,要调用release或者autorelease来释放它

想拥有某个对象,就让他的引用计数+1.不想拥有某个对象,就让他的引用计数-1

自动释放池的总结

自动释放池的主要底层结构是:__AtAutoreleasePool,AutoreleasePoolPage

调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的

每个AutoreleasePoolPage 对象占用4096字节内存,除了用来存放他内部的成员变量,剩下的空间用来存放autorelease对象的地址,所有的AutoreleasePoolPage对象通过双向链表的形式连接在一起。

AutoreleasePoolPage ,AutoreleasePool,autorelease 三者之间的联系

 (1)  创建AutoreleasePool

        我们在程序中调用的创建AutoreleasePool的方法,即【【NSAutoreleasePool alloc】init】。相当于调用了AutoreleasePoolPage对象的 push 方法。此时,在AutoreleasePoolPage的结构中会会将一个POOL_BOUNDARY入栈,并且返回其存放的内存地址。

(2)向AutoreleasePool 中 添加对象,即调用autorelease 方法时:

创建AutoreleasePool之后,我会将一些对象放入这个AutoreleasePool中,操作例如:

id obj = 【【NSObject alloc】init】;

【obj autorelease】;

在AutoreleasePoolPage的操作中,AutoreleasePoolPage 会在第一步入栈的POOL_BOUNDARY结构之后加入 我们的加入AutoreleasePool的obj对象。之后任何加入到这个AutoreleasePool的对象都会依次往AutoreleasePoolPage的结构中加入对象。可以理解为POOL_BOUNDARY就是一个数组,代表一个AutoreleasePool对象,再简化来说就是AutoreleasePool 是一个放在AutoreleasePoolPage中的数组,AutoreleasePool的数组中的元素就是一个个 我们通过autorelease方法 放入到这个AutoreleasePool中的对象。

(3)销毁AutoreleasePool 时

当我们销毁一个AutoreleasePool时,即调用 【pool drain】时。会根据pool对象拿到POOL_BOUNDARY的地址,该地址就是我们要销毁的AutoreleasePool的地址,按照数组的举例来说的话,就是数组的头地址,此时AutoreleasePoolPage就会将该数组中的所有对象都进行依次release操作,完成对对象的销毁动作。在AutoreleasePoolPage中的的处理看起来像是,将两个POOL_BOUNDARY之间的所有对象进行release 操作。第一个POOL_BOUNDARY 就是我们的当前AutoreleasePool,第二个POOL_BOUNDARY就是我们在创建这个AutoreleasePool之后又创建的一个AutoreleasePool。

Runloop和Autorelease

iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer

第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件,会调用objc_autoreleasePoolPush()

第2个Observer

<1> 监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件,会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush()

<2> 监听了kCFRunLoopBeforeExit事件,会调用objc_autoreleasePoolPop()


其他:

weak 和引用计数表 都是用的散列表的管理形式。

使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点?

(1)CADisplayLink、NSTimer会对target产生强引用,如果target又对它们产生强引用,那么就会引发循环引用

(2)NSTimer依赖于RunLoop,如果RunLoop的任务过于繁重,可能会导致NSTimer不准时

而GCD的定时器会更加准时

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