iOS与OS X多线程和内存管理（一）内存管理

前言

读完《iOS与OS X多线程和内存管理》有一段时间了，当时是和《Effective Objective-C 2.0 编写高质量iOS与OS X代码的52个有效方法》一起学习的，个人认为这两本书中有很多相辅相成的东西，很适合一起学习，现在有空闲时间，就想把之前粗略的笔记进行一下简单的整理，主要是书中的内容整理和总结，如有理解错误的地方，希望大家指出，我们一起学习和探讨～

心得

内存管理的内容建议先阅读《iOS与OS X多线程和内存管理》中的内容，个人认为讲解的很详细和深入，阅读完以后建议配合《Effective Objective-C 2.0 编写高质量iOS与OS X代码的52个有效方法》中的内存管理再次深入，这只是个人学习上的一点建议，希望对大家有帮助

内容

自己生成的对象，自己所持有
非自己生成的对象，自己也能持有
不再需要自己持有的对象时释放
非自己持有的对象无法释放

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cocoa框架中Foundation框架类库中NSObject类来负责内存管理

一、自己生成的对象，自己所持有

使用以下名称开头的方法（并且方法名遵守驼峰式拼写法），‘自己生成的对象只有自己持有’；调用该方法的调用者也意味着‘自己生成并持有对象’

alloc 
id obj = [[NSObject alloc]init];

new 
id obj = [NSObject new];

copy

mutableCopy

方法名命名实例：

//下列名称也意味着自己生成并持有对象
allocMyObject
newThatObject
copyThis
mutablCopyYourObject
//不属于同一类别的方法
allocated
newer
copying
mutableCopyed

二、非自己生成的对象，自己也能持有

使用除alloc、new、copy、mutableCopy以外的方法取得的对象，因为非自己生成并持有，所以自己不是该对象的持有者，但是可以通过retain方法取得对象的持有权

id obj = [NSMutableArray array];//取得的对象存在，但自己不持有对象
[obj retain];//取得对象的持有权

三、不再需要自己持有的对象时释放

注：自己持有的对象，一旦不再需要，持有者有义务释放该对象，释放使用release方法

取得对象的持有权方式（包含释放）：

/*
 * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等方法‘自己生成并持有对象’
 */

 id obj = [[NSObject alloc] init];//自己持有对象
[obj release];  //释放对象

/*
 * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等开头的自定义方法‘自己生成并持有对象’
 */

-（id）allocObject{
     id obj = [[NSObject alloc] init];//自己持有对象
    return obj;
}

//取得非自己生成并持有对象
 id obj1 = [obj0 allocObject];//因为allocObject符合命名规则，所以意味着‘自己生成并持有对象’
[obj release]; //释放对象

/*
 * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等方法以外的方法‘取得非自己生成并持有对象’
 */
 id obj = [NSMutableArray array];//取得的对象存在，但自己不持有对象
[obj retain];//通过retain方法，自己持有对象  
[obj release]; //释放对象

/*
 * 通过alloc/new/copy/mutableCopy等开头以外的自定义方法‘取得非自己生成并持有对象’
 */
-（id）object{
     id obj = [[NSObject alloc] init];//自己持有对象
    [obj autorelease];//取得的对象存在，但自己不持有对象，使用NSMutableArray类的array类方法等可以取得谁都不持有的对象，同时通过‘autorelease实现的’
    return obj;
}

 id obj1 = [obj0 object];//因为object不符合命名规则，所以意味着‘取得的对象存在，但自己不持有对象’
[obj1 retain];//也能通过retain方法将调用autorelease方法取得的对象变为自己持有；  
[obj release];  //释放对象

四、非自己持有的对象无法释放

可以并需要释放对象的情况

用alloc/new/copy/mutableCopy方法生成并持有的对象
用retain方法持有的对象

不可以释放对象的情况

自己生成并持有对象后，在释放完不再需要的对象后再次释放

   id obj = [[NSObject alloc] init];
  [obj release];
  [obj release];

取得的对象存在，但自己不持有的情况下释放对象

  id obj1 = [obj0 object]
  [obj1 release];

五、allco/new/copy/mutableCopy实现

alloc

id obj =[NSObject alloc]
/*
* alloc方法实现
* 通过allocWithZone：类方法调用NSAllocateObject函数分配了对象
* NSAllocateObject函数通过调用NSZoneMalloc函数来分配存放对象所需的内存空间，之后将内存空间置0，最后返回作为对象而使用的指针
* 执行alloc后对象的retainCount=1（不考虑其他因素，只执行alloc后通过[obj retainCount]方法获取的值）
*/
+（id）alloc{
   return [self allocWithZone : NSDfaultMallocZone()];
}
+(id) allocWithZone:(NSZone *)z{
 return NSAllocateObject(self , 0 ,z);
}

疑惑点
1、 NSAllocateObject函数通过调用NSZoneMalloc函数来分配存放对象所需的内存空间，之后将内存空间置0，最后返回作为对象而使用的指针

为什么要内存空间置0 ？
- 答：分配存放对象A所需的内存空间，可能之前属于对象B并且存放很多B的东西，现在分配给A后，要将内存空间置0，防止野指针产生。
知识点扩充：
- 产生野指针的成因：
  - 1、指针变量未初始化
  - 2、指针释放后之后未置空
  - 3、指针操作超越变量作用域

总结

a、在objective-C的对象中存有引用计数这一整数值
b、调用alloc或是retain方法后，引用计数值加1
c、调用release后，引用计数值减1
d、引用计数值为0时，调用dealloc方法废弃对象
e、苹果采用散列表（引用计数表）来管理引用计数

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f、引用计数表各记录中存有内存块地址，可以从各个记录追溯到各对象的内存块
- f-a、有助于调试，即使出现故障导致对象占有的内存块损坏，只要引用计数表没有被破坏，就可以确认各内存块的位置，另外在利用工具检测内存泄露时，引用计数表的各记录有助于检测各对象的持有者是否存在
  
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六、autorelease

autorelease会像C语言的自动变量那样对待对象实例，当超出其作用域（NSAutoreleasePool对象的生存周期）时，对象实例的release实例方法会被调用，另外编程人员可设定变量的作用域
autorelease的具体使用方法：
- （1）生成并持有NSAutoreleasePool对象
- （2）调用已有分配对象的autorelesae实例方法
- （3）废弃NSAutoreleasePool对象

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所有调用autorelease实例方法的对象，在废弃NSAutoreleasePool对象时，都将调用release实例方法（只要不废弃NSAutoreleasePool对象，那么生成的对象就不能被释放）

  NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc]init];
  id obj = [[NSObject alloc]init];
  [obj release];
  [pool drain];//废弃NSAutoreleasePool对象，相当于 [obj release];

程序主循环的NSRunLoop或者在其他程序可运行的地方，对NSAutoreleasePool对象进行生成、持有、废弃处理

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autorelease如何实现

/*
* autorelease实例方法的本质就是调用NSAutoreleasePool对象的addObject类方法
* addObject类方法调用正在使用的NSAutoreleasePool对象的addObject实例方法（如果嵌套生成或持有NSAutoreleasePool对象，使用最内侧的对象）
* 调用NSObject类的autorelease实例方法，该对象将被追加到正在使用的NSAutoreleasePool对象中的数组中
*/
  [obj autorelease];
  
-(id)autorelease{
  [NSAutorelesaePool addObject:self];
}

// addObject类方法:
+（id）addObject:(id) anObj{
  NSAutorelesaePool *pool = 取得正在使用的NSAutorelesaePool对象;
  if(pool != nil){
      [pool addObject:anObj];
  }else{
     //NSAutorelesaePool对象非存在状态下调用autorelease；
  }
}

 //NSAutoreleasePool对象的addObject实例方法
-(id)addObject:(id)anObj{
   [array addObject: anObj]  ;
 }

//通过drain实例方法废弃正在使用的NSAutoreleasePool对象过程(数组中所有的对象都调用了release实例方法)
-(void)drain{
    [self dealloc];
}
-(void)dealloc{
    [self emptyPool];
    [array release];
}
-(void) emptyPool{
    for(id obj in array){
        [obj release];
  }
}

总结

在Cocoa框架中有很多类方法用于返回autorelease的对象（例如：NSMutableArray类中的arrayWithCapacity类方法）

  id array = [NAMutableArray arrayWithCapacity:1];
  //等同与以下代码
  id array =[[[NAMutableArray alloc] initWithCapacity:1] autorelease] ;

可通过NSAutoreleasePool类中的非公开类方法showPools来确认已被autorelease的对象的状况（该函数在检查某对象是否被自动release时非常有用）

  [NSAutorelease showPools];

对象的autorelease实例方法，实现上是调用的都是NSObject类的autorelease实例方法

七、ARC规则

设置ARC是否有效
- -fno-objc-arc 无效
- -fobjc-arc 有效（默认）

所有权修饰符

OC编程中为了处理对象，可将变量类型定义为id类型或各种对象类型
- 对象类型：就是指向NSObject这样的OC类的指针，例如NSObject *
- id类型：用于隐藏对象类型的类名部分
- ARC有效时，id类型和对象类型上必须附加所有权修饰符
所有权修饰符
- _strong修饰符
- _weak修饰符
- _unsafe_unretained修饰符
- _autoreleaseing修饰符

_strong修饰符

_strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符

id obj = [[NSObject alloc] init];
//等价于
id _strong obj = [[NSObject alloc] init];

源代码ARC无效时情况

/*
* 情况一
*/
id obj = [[NSObject alloc] init];
//等价于
id obj = [[NSObject alloc] init];//ARC无效时

/*
* 情况二
*/
id _strong obj = [[NSObject alloc] init];
//等价于
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj release];//为了释放生成并持有的对象，增加调用了release方法

_strong修饰符表示对对象的‘强引用’，附有_strong修饰符的变量obj在超出其变量的作用域时，即在该被变量被废弃时，随着强引用的失效，引用的对象会随之释放
_strong修饰符的变量，不仅只在变量的作用域中，在赋值上也可以管理其对象的所有者

//obj0持有对象A的强引用
id obj0 = [[NSObject alloc] init];/*对象A*/
//obj1持有对象B的强引用
id obj1 = [[NSObject alloc] init];/*对象B*/
/*
* obj0持有由obj1赋值的对象B的强引用
* 因为obj0被赋值，所以原先持有的对对象A的强引用失效
* 对象A的持有者不存在，因此废弃对象A
* 此时持有对象B的强引用的变量为obj0 和obj1
*/
obj0 = obj1；

_strong _weak _autorelease修饰符，可以保证将附有这些修饰符的自动变量初始化为nil
通过_strong修饰符，不必再次键入retain和release
只要通过对带有_strong修饰符的变量赋值就可达成‘自己生成的对象，自己持有’和‘非自己生成的对象，自己也能持有’
通过废弃带_strong修饰符的变量（变量作用域结束、成员变量所属对象废弃）或者对变量赋值，都可达到‘不在需要自己持有的对象时释放’

_weak修饰符

循环引用：就是应当废弃的对象在超出其生命周期后继续存在，循环引用容易发生内存泄露

{
//test0持有Test对象A的强引用
id test0 =[[Test alloc] init];/*对象A*/
//test1持有Test对象B的强引用
id test1 =[[Test alloc] init];/*对象A*/
/*
* Test对象A的obj_成员变量持有Test对象B的强引用
* 此时持有Test对象B的强引用变量为test1、Test对象A的obj_
*/
[test0 setObject: test1];

/*
* Test对象B的obj_成员变量持有Test对象A的强引用
* 此时持有Test对象A的强引用变量为test0、Test对象B的obj_
*/
[test1 setObject: test0];
}
/*
* 因为test0变量超出其作用域，强引用失效，自动释放Test对象A
* 因为test1变量超出其作用域，强引用失效，自动释放Test对象B
* 此时持有Test对象B的强引用变量为Test对象A的obj_
* 此时持有Test对象A的强引用变量为Test对象B的obj_
* 内存泄露
*/

_weak修饰符于_strong修饰符相反，提供弱引用，弱引用不能持有对象实例
将自己生成并持有的对象赋值为附有_weak修饰符的变量，因为弱引用不能持有对象，在超出其变量的作用域时，对象就没有了持有者，所以废弃该对象
_weak修饰符，在持有某对象的弱引用时，若该对象被废弃，则此弱引用将自动失效且处于nil被赋值的状态
_weak修饰符可避免循环引用，通过检查 _weak修饰符的变量是否为nil，可以判断被赋值的对象是否已废弃

_unsafe_unretained修饰符

尽管ARC式的内存管理时编译器的工作，但附有_unsafe_unretained修饰符的变量不属于编译器内存管理对象

_autorelease修饰符

ARC有效时不能使用autorelease方法，也不能使用NSAutoreleasePool类
ARC有效时,通过将对象赋值给附有_autorelease修饰符的变量来代替调用autorelease方法，将对象注册到autoreleasepool
非显示使用_autorelease修饰符
- 编译器检查方法名是否已alloc/new/copy/mutableCopy开始，如果不是则自动将返回值的对象注册到autoreleasepool（init方法返回值的对象不注册到autoreleasepool）
- 在使用_weak修饰符的变量时就必然要使用注册到autoreleasepool中的对象
- id的指针或对象的指针在没有显示指定时会被附加_autorelease修饰符（id * 类型默认为‘id _autorelease ’* 类型）
赋值给对象指针时，所有权修饰符必须一致
NSRunLOop等实现无论ARC有效还是无效，均能随时释放注册到main函数中autoreleasepool中的对象

ARC规则

不能使用retain/release/retainCount/autorelease
不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject
必须遵守内存管理的命名规则
不能显示调用dealloc
使用@autorelease块代替NSAutoreleasePool
不能使用区域（NSZone）
对象型变量不能作为C语言结构体（struct/union）的成员
显示转化‘id’和‘void’

1、不能使用retain/release/retainCount/autorelease

设置ARC有效时，禁止再次键入retain/release代码
retainCount获取的值不准确，不建议使用

2、不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject

会引起编译错误（同retain/release）

3、必须遵守内存管理的命名规则

ARC有效时追加一天命名规则init（驼峰式）
- 已init开头的方法，该方法必须时‘实例方法’
- 并且必须要返回对象
- 返回的对象应为id类型或该方法声明的对象类型，抑或是该类的超类型或子类型
- 返回对象并不注册到autoreleasepool上
- 基本上只是对alloc方法返回的对象进行初始化处理并返回该对象

4、不能显示调用dealloc

无论ARC是否有效，只要对象的所有者都不持有该歇对象，该对象就被废弃，对象废弃，不管ARC是否有效，都会调用dealloc方法
ARC有效不能显示调用dealloc

//ARC无效时
-(void)dealloc{
    [super dealloc];
}
//ARC有效时（ARC会自动处理，ARC有效不能显示调用dealloc所以不必书写 [super dealloc]）
-(void)dealloc{
 
}

dealloc方法在大多数情况下还适用于删除已注册的代理或者观察者对象

-(void)dealloc{
   [ [NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];
}

八、属性

当ARC有效时，OC类的属性也发生变化

@property (nonatomic , strong) NSString * name;

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copy属性不是简单的赋值，它赋值的是通过NSCopying接口的copyWithZone：方法复制的复制源所生成的对象
在声明类成员变量时，如果同属性声明中的属性不一致则会引起编译错误

/*
*错误举例
*/
/声明id型obj成员变量
id obj;

//定义其属性声明为weak
@property (nonatomic , weak) id obj;

/*
*正确举例1
*/
/声明id型obj成员变量
id   _weak obj;

//定义其属性声明为weak
@property (nonatomic , weak) id obj;


/*
*正确举例2
*/

//声明id型obj成员变量
id  obj;

//定义其属性声明为strong
@property (nonatomic , strong) id obj;

九、数组

除_unsafe_unretained修饰符以外， _strong修饰符、 _weak修饰符、 _autorelease修饰符保证其指定的变量，数组初始化为nil

十、ARC实现