底层结构

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    }
    return 0;
}

我们通过执行xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fno-objc-arc main.m，将上述代码转换成C++

struct __AtAutoreleasePool {
  __AtAutoreleasePool() {
      atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
  }
  ~__AtAutoreleasePool() {
      objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
  }
  void * atautoreleasepoolobj;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
    }
    return 0;
}

通过C++代码我们发现，autoreleasepool是由objc_autoreleasePoolPush 和 objc_autoreleasePoolPop方法构成的一个结构体。

接下来我们来研究一下objc_autoreleasePoolPush和objc_autoreleasePoolPop方法的具体实现。

参照苹果开源代码，我们找到了objc_autoreleasePoolPush和objc_autoreleasePoolPop的具体实现。（https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/）

void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}

static inline id autorelease(id obj)
    {
        ASSERT(obj);
        ASSERT(!obj->isTaggedPointer());
        id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
        ASSERT(!dest  ||  dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER  ||  *dest == obj);
        return obj;
    }

static inline id *autoreleaseFast(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page && !page->full()) {
            return page->add(obj);
        } else if (page) {
            return autoreleaseFullPage(obj, page);
        } else {
            return autoreleaseNoPage(obj);
        }
    }

static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (slowpath(DebugPoolAllocation)) {
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        ASSERT(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }

static void
    popPage(void *token, AutoreleasePoolPage *page, id *stop)
    {
        if (allowDebug && PrintPoolHiwat) printHiwat();

        page->releaseUntil(stop);

        // memory: delete empty children
        if (allowDebug && DebugPoolAllocation  &&  page->empty()) {
            // special case: delete everything during page-per-pool debugging
            AutoreleasePoolPage *parent = page->parent;
            page->kill();
            setHotPage(parent);
        } else if (allowDebug && DebugMissingPools  &&  page->empty()  &&  !page->parent) {
            // special case: delete everything for pop(top)
            // when debugging missing autorelease pools
            page->kill();
            setHotPage(nil);
        } else if (page->child) {
            // hysteresis: keep one empty child if page is more than half full
            if (page->lessThanHalfFull()) {
                page->child->kill();
            }
            else if (page->child->child) {
                page->child->child->kill();
            }
        }
    }

通过源码我们发现自动释放池的主要底层数据结构是：__AtAutoreleasePool、AutoreleasePoolPage
调用了autorelease的对象最终都是通过AutoreleasePoolPage对象来管理的。

AutoreleasePoolPage的结构

struct AutoreleasePoolPageData
{
    magic_t const magic;
    __unsafe_unretained id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
};

class AutoreleasePoolPage : private AutoreleasePoolPageData {}

每个AutoreleasePoolPage对象占用4096字节内存，除了用来存放它内部的成员变量，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。

• 调用push方法会将一个POOL_BOUNDARY入栈，并且返回其存放的内存地址
• 调用pop方法时传入一个POOL_BOUNDARY的内存地址，会从最后一个入栈的对象开始发送release消息，直到遇到这个POOL_BOUNDARY
• id *next指向了下一个能存放autorelease对象地址的区域

可以通过以下私有函数来查看自动释放池的情况
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

autoreleasepool与RunLoop的关系

(lldb) po [NSRunLoop mainRunLoop]
<CFRunLoop 0x6000008f0300 [0x7fff8062d610]>{wakeup port = 0x2207, stopped = false, ignoreWakeUps = false, 
current mode = kCFRunLoopDefaultMode,
common modes = <CFBasicHash 0x600003aacf60 [0x7fff8062d610]>{type = mutable set, count = 2,
entries =>
    0 : <CFString 0x7fff8692c2c0 [0x7fff8062d610]>{contents = "UITrackingRunLoopMode"}
    2 : <CFString 0x7fff806408e0 [0x7fff8062d610]>{contents = "kCFRunLoopDefaultMode"}
}
,
common mode items = <CFBasicHash 0x600003aad230 [0x7fff8062d610]>{type = mutable set, count = 14,
entries =>
    20 : <CFRunLoopObserver 0x6000005f83c0 [0x7fff8062d610]>{valid = Yes, activities = 0x1, repeats = Yes, order = -2147483647, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x7fff48c84b28), context = <CFArray 0x600003abfd50 [0x7fff8062d610]>{type = mutable-small, count = 1, values = (
    0 : <0x7f9ec100f038>
)}}

    22 : <CFRunLoopObserver 0x6000005f8460 [0x7fff8062d610]>{valid = Yes, activities = 0xa0, repeats = Yes, order = 2147483647, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x7fff48c84b28), context = <CFArray 0x600003abfd50 [0x7fff8062d610]>{type = mutable-small, count = 1, values = (
    0 : <0x7f9ec100f038>
)}}
}

通过mainRunLoop的打印信息，我们发现在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

1. 第一个 Observer 的activities = 0x1，即监听kCFRunLoopEntry事件，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

2. 第二个 Observer 的activities = 0xa0，即kCFRunLoopBeforeWaiting & kCFRunLoopExit两个事件

• kCFRunLoopBeforeWaiting时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的自动释放池并创建新池；
• kCFRunLoopExit时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。其order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

总结

根据苹果官方文档中对 Using Autorelease Pool Blocks 的描述，我们知道在下面三种情况下是需要我们手动添加 autoreleasepool的：

• 如果你编写的程序不是基于 UI 框架的，比如说命令行工具；
• 如果你编写的循环中创建了大量的临时对象；
• 如果你创建了一个辅助线程。当你的线程执行时，你必须尽可能快的自己创建自动释放池;