漫谈内存泄漏

前言

最近看了同事整理的一份与内存泄漏相关思维导图。突然想从内存泄漏的角度探讨一下与内存相关的话题。
什么是内存泄漏？然而我又问自己一个问题， malloc 的内存到底是什么？

什么是内存

在计算机系统中，我们谈论的内存通常是指DRAM 。

虚拟内存空间

而当我们程序在系统上运行起来时，操作系统为我们提供了一个假象，程序看起来是独占使用处理器、主存和I/O设备的。这种假象是通过进程的概念来实现的。

虚拟内存，也为进程提供一个假象，每个进程都独占地使用主存。每个进程看到的内存都是一致的，称为虚拟内存空间。

虚拟内存的能力：

使主存中只保存活动区域，根据需要在磁盘和主存之间来回传输数据。
为每个内存提供一致的地址空间。
保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。

一个 Linux 进程的虚拟内存.png

上图是一个 Linux 进程的虚拟内存。也就是说我们平时 malloc 得到的内存地址，其实是虚拟内存的地址。

动态内存分配

其实系统为我们提供了 mmap 和 munmap 函数来创建和删除虚拟内存的区域。但很多时候直到程序实际运行才知道某些数据结构的大小。所以就有了动态内存分配器。

动态内存分配器有两种基本类型：

显式分配器，需要显式释放。例如 C 和 C++ 。
隐式分配器，分配器检测已分配何时不再被程序所使用，那么就释放这个块。例如 Lisp、Java 等。

什么是内存泄漏

内存泄漏是常见的内存错误之一。我们知道 malloc 其实是从虚拟内存空间的堆中申请空闲的地址的。然而内存空间是有限的。程序在运行中 malloc 出来的内存空间使用完后，没有被 free 掉，这样我们就称之为内存泄漏。

ARC 机制

iOS 上，不论是 Objective-C 还是 Swift 都是使用引用计数式的内存管理方式。
ARC 就是 Automatic Reference Counting，其实 ARC 很简单，我们只需要弄清楚对象之间的持有关系。

举个简单的例子：

场景一

self.textField.text = @"Sim";

下图简单的描述了，这段代码对象之间的持有关系。 self.textField.text 持有着 @"Sim"。@"Sim" 对象的 retainCount = 1。

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self.textField.text = @"SimCai";

这时，对象 @"Sim" 不再被 self.textField.text 持有，所以 @"Sim" 对象的 retainCount = 0，对象会被释放掉。

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场景二

self.textField.text = @"Sim";
NSString *firstName = self.textField.text;

这段代码，@"Sim" 对象被 firstName 和 self.textField.text 同时持有。所以 @"Sim" 对象的 retainCount = 2 。

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self.textField.text = @"SimCai";

这时 self.textField.text 不再持有 @"Sim" 对象，但是 firstName 依然持有 @"Sim" ，所以 @"Sim" 的 retainCount = 1 ，不会被释放。

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直到 firstName 也不再持有 @"Sim" 对象，@"Sim" 才会被释放。

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循环引用

ARC 整套机制看起来很简单，但会不会有什么特例，会造成内存无法被正常释放呢？
有，循环引用。

ViewController 持有 TableView，同时 TableView 也持有 ViewController 。他们相互有引用关系。这就是循环引用。

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为了打破这种引用的循环。我们可以通过 weak （弱引用）来解决这个问题。

一般情况下，ViewController 是会被个 UINavigationController 所持有。如果 TableView 也持有 ViewController ，这时 ViewController 的 retainCount = 2。

而我们对 self.vc 使用了 weak 后，self.vc = ViewController ，这样的操作，不再会导致 retainCount 加1 。这时 ViewController 依然还是 retainCount = 1。

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而当 ViewController 被释放后 self.vc 建会指向 nil 。当然在这个例子，在 ViewController 释放后，TableView 自然也会别释放。

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但在一些场景下使用 weak 需要比较注意的。例如，一个全局的定时器，如果持有了 ViewController 是弱引用。那当 ViewController 被释放后，定时器再去访问 ViewController 就将引起 crash 。

常见的内存泄漏场景

使用时 block (需要格外小心)
NSTimer 没有销毁
KVO 没有移除
NSNotification 没有移除

当了解了 ARC 后，再我看来这些本质都是循环引用问题(当然还有一些 CF 的API，还是需要手动内存管理的)。

block 会捕获变量
NSTimer 需要持有对象，进行通知回调
KVO 需要持有对象，进行通知回调
NSNotification 需要持有对象，进行通知回调

所以这些操作都容易造成内存泄漏。

要避免内存泄漏，更重要的是需要了解 ARC 的机制。实际上，可能造成内存泄漏的场景还有很多。

总结

malloc 得到的内存地址，实际是虚拟内存空间中的堆地址。并不是实际的物理地址。
内存泄漏是指，内存资源没用了，但内存资源没被 free。（用完了，就别占着坑）
在 iOS ARC 时代，大部分内存泄漏问题，是由循环引用造成的。