关于 strong、weak、unsafe_unretained 性能测试

最近在看某些博客和文章的时候，有谈到对于这几个修饰符选择的话题，突然想对这几个修饰符做一下性能测试，关于这几个修饰符的用法我列了一张表简单介绍一下，本次我们关注的重点是性能对比

修饰符	使用场景	备注
__weak	避免循环引用	不对对象进行retain，变量销毁时指针变nil，比如block、代理等地方使用
__strong	防止变量被释放	实际上进行retain操作，retainCount + 1，OC默认方式
__unsafe_unretained	避免循环引用	不对对象进行retain，变量销毁时指针仍然指向原来的空间，危险性较高，通常情况下不建议使用

1、先来看一组测试

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSObject *obj = [NSObject new];
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    [self test1:obj];
}
- (void)test1:(NSObject *)obj {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    [self test2:obj];
}
- (void)test2:(NSObject *)obj {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test1(obj);
}
void test1(NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test2(obj);
}
void test2(NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test3(obj);
}
void test3(NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test4(obj);
}
void test4(NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
}

打印结果

可以看出，在oc中，默认情况下，NSObject *obj实际上等效于__strong NSObject *obj,每个指针会对接收的变量进行一次ratain操作，正如我上边的测试用例，会发现只要将obj传入方法，方法就会默认对传入的参数进行一次retain导致obj的retainCount一直在向上叠加，当然这个测试存在一个方法栈叠加的过程，如果调用过程中方法结束，会自动对内部变量(被retain过的)进行一次release，而且我们发现无论是OC方法还是C方法，在ARC环境下表现一致

这样做的目的是为了在当前方法栈内，形参obj被保持生命，通常情况下oc的方法基本都是这种实现方式，不过当我在研究一些第三方框架的时候发现了__unsafe_unretained，我们知道__unsafe_unretained功能上基本等效于__weak，但是某些框架为什么要用以及我们在开发中怎么选中呢？

为了回到这个问题，我们先经过一段漫长的测试：oops

如果在上述方法中将形参加上__weak或者__unsafe_unretained后，什么表现呢

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSObject *obj = [NSObject new];
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    [self test1:obj];
}
- (void)test1:(__weak NSObject *)obj {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    [self test2:obj];
}
- (void)test2:(__weak NSObject *)obj {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test1(obj);
}
void test1(__weak NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test2(obj);
}
void test2(__weak NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test3(obj);
}
void test3(__weak NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test4(obj);
}
void test4(__weak NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
}

打印

发现__weak的ratainCount表现和上边一致，不过__weak表面上增加了引用计数，实质上这些从__weak而来的计数是虚的，不会对对象的生命周期产生任何印象，可以理解为 虚指针或弱指针

我们再试试__unsafe_unretained

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSObject *obj = [NSObject new];
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    [self test1:obj];
}
- (void)test1:(__unsafe_unretained NSObject *)obj {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    [self test2:obj];
}
- (void)test2:(__unsafe_unretained NSObject *)obj {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test1(obj);
}
void test1(__unsafe_unretained NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test2(obj);
}
void test2(__unsafe_unretained NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test3(obj);
}
void test3(__unsafe_unretained NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
    test4(obj);
}
void test4(__unsafe_unretained NSObject *obj) {
    NSLog(@"%ld", (long)CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(obj)));
}

发现__unsafe_unretained修饰的变量，不会导致其引用计数发生变化。由此我们知道__weak肯定是比__unsafe_unretained多做了一些事，具体多做了什么，我们稍后讨论

2、再看一组测试

我们定义两个方法，第一个用__weak，第二个用__unsafe_unretained，我们在这两个方法中均延迟1s再去访问obj变量

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSObject *obj = [NSObject new];
    [self test1:obj];
    [self test2:obj];
}

- (void)test1:(__weak NSObject *)obj {
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 这里打印出obj：null
        NSLog(@"obj:%@", obj);
    });
}

- (void)test2:(__unsafe_unretained NSObject *)obj {
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        // 这里打跑出异常：Thread 1: EXC_BAD_INSTRUCTION (code=EXC_I386_INVOP, subcode=0x0)
        NSLog(@"obj:%@", obj);
    });
}

以上测试中，由于viewDidLoad方法执行完毕后，函数栈销毁，obj释放，由于test1:中是弱指针，对变量生命周期无影响，变量销毁__weak指针会自动置为nil，所以1s之后去访问到的值自然是null。

test2:方法中，没有引用计数的变化，对obj的生命周期也没有影响，obj也会释放，但是__unsafe_unretained指向的对象销毁后，该指针不会清空，仍然指向已经被释放的空间，所以当我们1s之后去访问时，发现访问到的是已经被释放的空间，系统跑出异常EXC_BAD_INSTRUCTION

综上可以粗略的得出一个结论，就是通常开发中我们应该使用__weak而不是__unsafe_unretained,相对来说，__weak比较安全，不会因为对象释放给我们带来野指针隐患，但这并不是说__unsafe_unretained就没有用武之地，我们继续往下看

3、对比性能

我这里使用分别使用三种修饰符修饰指针变量，run下面案例，由于是空方法，为了表现出差异，我将循环次数加到10000000次

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSObject *obj = [NSObject new];
    CFTimeInterval time = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        [self test1:obj];
    }
    NSLog(@"%f", CFAbsoluteTimeGetCurrent() - time); 
}
- (void)test1:(NSObject *)obj { } // 0.580411

- (void)test1:(__weak NSObject *)obj { } // 0.826589

- (void)test1:(__unsafe_unretained NSObject *)obj { } // 0.051507

可以看出，__unsafe_unretained虽然不安全，但其性能比__strong和__weak高了一个数量级，这就是为什么有些框架仍然使用它的原因

为什么__weak性能损耗是三个中最大的一个，这里主要是__weak有一个操作weak表的过程，其中包括objc_loadWeak()、objc_storeWeak()等操作，因此性能损耗较大

其次性能__strong也有较大的开销，主要是对变量的retain、release等操作

而__unsafe_unretained除了赋值操作外，基本没有别的副作用，因此会带来较高性能

综上，我们可以得出以下几点结论结论

性能上：__unsafe_unretained > __strong > __weak
通常情况下我们不需要考虑__strong，它是默认的方式，除非我们有主动保留变量生命周期的打算，比如block内部使用__strong变量等
普通开发中，一般使用__weak即可，但若有对性能比较敏感的地方，可以考虑使用__unsafe_unretained，比如我们存在瞬间大量的函数调用又或者是大量隐含多余的retain、release操作的地方
__unsafe_unretained需要时刻注意所修饰变量的生命周期，一般在我们能保证某个变量在其被使用期间不会被释放的时候，可以考虑使用以换取性能的提升