自动释放池

iOS

面试了两家，都问了自动释放池相关的知识，作业帮问的是（runloop与自动释放池的关系）、头条问的是（说一下自动释放池的原理以及一些细节）。当面试问到自动释放池的时候，首先想到的应该是OC的内存管理。

首先这里先说一下RunLoop与自动释放池的关系吧

我是按照网上总结的RunLoop与自动释放池回答的面试官。当回答完这个以后，那么好接下来说一下自动释放池是怎么释放的释放时机是什么，我当时回答是在autoreleasepool{}花括号结束释放。这个回答不是面试官想要的答案， 我理解应该 内存管理引用计数器 的问题了吧？

autoreleased对象什么时候释放

下面通过3个例子来看一下到底什么时候释放的：

__weak NSString *string_A = nil;
__weak NSString *string_B = nil;
__weak NSString *string_C = nil;
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSString *StrA = [NSString stringWithFormat:@"-----场景1--------"];
    string_A = StrA;
    @autoreleasepool{
        NSString *StrB = [NSString stringWithFormat:@"-----场景2--------"];
        string_B = StrB;
    }
    NSString *StrC = nil;
    @autoreleasepool{
        StrC = [NSString stringWithFormat:@"-----场景3--------"];
        string_C = StrC;
    }
    NSLog(@"******viewDidLoad*******%@",string_A);
    NSLog(@"******viewDidLoad*******%@",string_B);
    NSLog(@"******viewDidLoad*******%@",string_C);
}
- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated{
    [super viewWillAppear:animated];
    NSLog(@"******viewWillAppear*******%@",string_A);
    NSLog(@"******viewWillAppear*******%@",string_B);
    NSLog(@"******viewWillAppear*******%@",string_C);
}
- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated{
    [super viewDidAppear:animated];
    NSLog(@"******viewDidAppear*******%@",string_A);
    NSLog(@"******viewDidAppear*******%@",string_B);
    NSLog(@"******viewDidAppear*******%@",string_C);
}
2018-12-24 10:50:01.614715+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewDidLoad*******-----场景1--------
2018-12-24 10:50:01.614845+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewDidLoad*******(null)
2018-12-24 10:50:01.614964+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewDidLoad*******-----场景3--------
2018-12-24 10:50:01.615169+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewWillAppear*******-----场景1--------
2018-12-24 10:50:01.615303+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewWillAppear*******(null)
2018-12-24 10:50:01.615390+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewWillAppear*******(null)
2018-12-24 10:50:01.618742+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewDidAppear*******(null)
2018-12-24 10:50:01.618871+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewDidAppear*******(null)
2018-12-24 10:50:01.619000+0800 Autoreleasepool[24851:3003734] ******viewDidAppear*******(null)

• 当使用 [NSString stringWithFormat:@"-----场景1--------"] 创建一个对象时，这个对象的引用计数为 1（看一下这篇文章就清楚为啥是1了） ，并且这个对象被系统自动添加到了当前的 autoreleasepool 中。当使用局部变量 string 指向这个对象时，这个对象的引用计数 +1 ，变成了 2 。因为在 ARC 下 NSString *string 本质上就是 __strong NSString *string 。所以在 viewDidLoad 方法返回前，这个对象是一直存在的，且引用计数为 2 。而当 viewDidLoad 方法返回时，局部变量 string 被回收，指向了 nil 。因此，其所指向对象的引用计数 -1 ，变成了 1 。
• 场景2
  当通过 [NSString stringWithFormat:@"-----场景2--------"] 创建一个对象时，这个对象的引用计数为 1 。而当使用局部变量 string 指向这个对象时，这个对象的引用计数 +1 ，变成了 2 。而出了当前作用域时，局部变量 string 变成了 nil ，所以其所指向对象的引用计数变成 1 。另外，我们知道当出了 @autoreleasepool {} 的作用域时，当前 autoreleasepool 被 drain ，其中的 autoreleased 对象被 release 。所以这个对象的引用计数变成了 0 ，对象最终被释放。
• 场景3
  当出了 @autoreleasepool {} 的作用域时，其中的 autoreleased 对象被 release ，对象的引用计数变成 1 。当出了局部变量 string 的作用域，即 viewDidLoad 方法返回时，string 指向了 nil ，其所指向对象的引用计数变成 0 ，对象最终被释放。

在没有手加Autorelease Pool的情况下，Autorelease对象是在当前的runloop迭代结束时释放的，而它能够释放的原因是系统在每个runloop迭代中都加入了自动释放池Push和Pop

Autorelease原理

AutoreleasePoolPage

ARC下，我们使用@autoreleasepool{}来使用一个AutoreleasePool，随后编译器将其改写成下面的样子：

void *context = objc_autoreleasePoolPush();
// {}中的代码
objc_autoreleasePoolPop(context);

而这两个函数都是对AutoreleasePoolPage的简单封装，所以自动释放机制的核心就在于这个类。

• AutoreleasePool并没有单独的结构，而是由若干个AutoreleasePoolPage以双向链表的形式组合而成（分别对应结构中的parent指针和child指针）
• AutoreleasePool是按线程一一对应的（结构中的thread指针指向当前线程）
• AutoreleasePoolPage每个对象会开辟4096字节内存（也就是虚拟内存一页的大小），除了上面的实例变量所占空间，剩下的空间全部用来储存autorelease对象的地址
  上面的id *next指针作为游标指向栈顶最新add进来的autorelease对象的下一个位置
  一个AutoreleasePoolPage的空间被占满时，会新建一个AutoreleasePoolPage对象，连接链表，后来的autorelease对象在新的page加入

所以，若当前线程中只有一个AutoreleasePoolPage对象，并记录了很多autorelease对象地址时内存如下图：

图中的情况，这一页再加入一个autorelease对象就要满了（也就是next指针马上指向栈顶），这时就要执行上面说的操作，建立下一页page对象，与这一页链表连接完成后，新page的next指针被初始化在栈底（begin的位置），然后继续向栈顶添加新对象。

所以，向一个对象发送- autorelease消息，就是将这个对象加入到当前AutoreleasePoolPage的栈顶next指针指向的位置

释放时刻

每当进行一次objc_autoreleasePoolPush调用时，runtime向当前的AutoreleasePoolPage中add进一个哨兵对象，值为0（也就是个nil），那么这一个page就变成了下面的样子：

objc_autoreleasePoolPush的返回值正是这个哨兵对象的地址，被objc_autoreleasePoolPop(哨兵对象)作为入参，于是：

• 根据传入的哨兵对象地址找到哨兵对象所处的page
• 在当前page中，将晚于哨兵对象插入的所有autorelease对象都发送一次- release消息，并向回移动next指针到正确位置
• 补充2：从最新加入的对象一直向前清理，可以向前跨越若干个page，直到哨兵所在的page

刚才的objc_autoreleasePoolPop执行后，最终变成了下面的样子：

更多资料

• IOS内存管理--自动释放池的实现原理
• 深入总结iOS内存管理
• 黑幕背后的Autorelease