AutoreleasePool

AutoreleasePool是通过一个以AutoreleasePoolPage为结点的双向链表来实现的。AutoreleasePoolPage满后会自动创建下一个AutoreleasePoolPage。

Autorelease Pool Blocks

使用clang -rewrite-objc命令将下面的Objective-C代码重写成C++代码：

@autoreleasepool {

}

只保留了部分代码：

extern "C" __declspec(dllimport) void * objc_autoreleasePoolPush(void);

extern "C" __declspec(dllimport) void objc_autoreleasePoolPop(void *);

struct __AtAutoreleasePool {

__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}

~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}

void * atautoreleasepoolobj;

};

/* @autoreleasepool */

{

__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;

}

苹果对@autoreleasepool{}的实现真的是非常巧妙，真正可以称得上艺术的代码。苹果通过一个__AtAutoreleasePool类型的局部变量 __autoreleasepool来实现@autoreleasepool{}。当声明__autoreleasepool时，构造函数被执行，即执行atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush()；。当出了当前作用域时（即大括号），析构函数~__AtAutoreleasePool()被执行，即调用用objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);。（微信团队对特殊字符的处理也用到了相同的技巧）。也就是说@autoreleasepool{}的代码实现可以简化为如下：

/* @autoreleasepool */ {

void *atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();

// 用户代码，所有接收到 autorelease 消息的对象会被添加到这个 autoreleasepool 中

    objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);

}

objc_autoreleasePoolPush和objc_autoreleasePoolPop的实现：

void *objc_autoreleasePoolPush(void) {

   return AutoreleasePoolPage::push();

}

void objc_autoreleasePoolPop(void*ctxt) {

   AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);

}

由此可见内部其实调用的是AutoreleasePoolPage中相关的方法

那这里的 AutoreleasePoolPage 是什么东西呢？

其实，autoreleasepool 是没有单独的内存结构的，它是通过以 AutoreleasePoolPage 为结点的双向链表来实现的。

一个空的AutoreleasePool的内存结构如下：

1. magic 用来校验 AutoreleasePoolPage 的结构是否完整；
2. next 指向最新添加的 autoreleased 对象的下一个位置，初始化时指向 begin() ；
3. thread 指向当前线程；
4. parent 指向父结点，第一个结点的 parent 值为 nil ；
5. child 指向子结点，最后一个结点的 child 值为 nil ；
6. depth 代表深度，从 0 开始，往后递增 1；
7. hiwat 代表 high water mark 。

当next==begin()时，表示AutoreleasePage为空，当next==end()时表示AutoreleasePage已满。每一个AutoreleasePage的大小都是4096字节

。我们打开 runtime 的源码工程，在 NSObject.mm 文件的第 438-932 行可以找到 autoreleasepool 的实现源码。

通过阅读源码，我们可以知道：

每一个线程的 autoreleasepool 其实就是一个指针的堆栈；

每一个指针代表一个需要 release 的对象或者 POOL_SENTINEL（哨兵对象，代表一个 autoreleasepool 的边界）；

一个 pool token 就是这个 pool 所对应的 POOL_SENTINEL 的内存地址。当这个 pool 被 pop 的时候，所有内存地址在 pool token 之后的对象都会被 release ；

这个堆栈被划分成了一个以 page 为结点的双向链表。pages 会在必要的时候动态地增加或删除；

Thread-local storage（线程局部存储）指向 hot page ，即最新添加的 autoreleased 对象所在的那个 page 。

双向链表：

push操作

其实是创建一个新的AutoreleasePool，对应AutoreleasePoolPage就是在AutoreleasePoolPage的next位置插入一个POOL_SENTINEL指针（哨兵指针）。next移动至下一个地址。POOL_SENTINEL作为push函数的返回值。

第一次调用push操作就会创建一个新的autorelease pool。即往AutoreleasePoolPage中插入一个POOL_SENTINEL，并且返回插入的POOL_SENTINEL的内存地址。

autorelease操作

其实就是将自己的地址插入AutoreleasePoolPage。

[obj autorelease]，NSObject中-autorelease方法的实现：

- (id)autorelease {

return ((id)self)->rootAutorelease();

}

通过查看((id)self)->rootAutorelease()的方法调用，发现调用的其实是AutoreleasePoolPage的autorelease函数

__attribute__((noinline,used))

id

objc_object::rootAutorelease2()

{

assert(!isTaggedPointer());

return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);

}

AutoreleasePoolPage的autorelease函数，它跟push操作非常相似。只不过push操作插入的是一个POOL_SENTINEL，而autorelease操作插入的是一个具体的autoreleased对象（指针）。

static inline id autorelease(id obj)

{

    assert(obj);

    assert(!obj->isTaggedPointer());

id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);

    assert(!dest || *dest == obj);

    return obj;

}

Pop操作

同理，前面提到的objc_autoreleasePoolPop(void *) 函数本质上也是调用的AutoreleasePoolPage的pop函数。

void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)

{

if (UseGC) return;

// fixme rdar://9167170

if (!ctxt) return;

AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);

}

pop函数的参数就是push的返回值，也就是POOL_SENTINEL。当执行pop操作时，内存地址POOL_SENTINEL之后的对象都会被release。直到POOL_SENTINEL所在page的next指向POOL_SENTINEL为止。

下图是某个线程的AutoreleasePool堆栈的内存结构图，在这个堆栈中有两个POOL_SENTINEL，也就是表示有两个autoreleasepool。该堆栈由三个AutoreleasePoolPage节点组成，第一个AutoreleasePoolPage为ColdPage()，最后一个为HotPage()。其中前两个AutoreleasePoolPage已经满了，最后一个结点保存了最新添加的autoreleased对象objr3的内存地址。

如果执行pop(token1)操作，那么该堆栈的内存结构将会变成如下图所示：

第二个POOL_SENTINEL指针之后的对象调用release方法，内存得到释放。

什么情况下需要手动添加AutoreleasePool：

Each thread in a Cocoa application maintains its own stack of autorelease pool blocks.

If you are writing a Foundation-only program or if you detach a thread, you need to create your own autorelease pool block.

If your application or thread is long-lived and potentially generates a lot of autoreleased objects, you should use autorelease pool blocks (like AppKit and UIKit do on the main thread); otherwise, autoreleased objects accumulate and your memory footprint grows. If your detached thread does not make Cocoa calls, you do not need to use an autorelease pool block.

1.有大量的零时对象，例如编写的循环中创建了大量的零时对象

2.编写的的程序不是基于UI框架的，比如说命令行工具

3.创建一个辅助线程